DE3219099C2

DE3219099C2 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE3219099C2
Application number: DE19823219099
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 5630 Remscheid Henche
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE3219099A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle mit einem von ein aufzuheizendes Medium führenden Rohren durchzogenen Lamellenblock. Zur Lösung der Aufgabe, möglichst unter Beibehaltung einer Konstruktion, gemäß der DE-PS 2556585, den Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erhöhen, ist vorgesehen, daß bei auf der der Wärmequelle zugewandten Seite der Lamellen des Blocks eine Ausnehmung vorhanden ist, in diese Ausnehmung (29) einen stabförmigen Körper (34) einzulegen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solcher Wärmetauscher ist beispielsweise aus der DE-PS 25 5ό 585 bekanntgeworden und arbeitet durchaus zufriedenstellend. Im Zuge anwachsender Anforderungen an den thermischen Wirkungsgrad solcher Wärmetauscher hat es sich nun herausgestellt, daß der bekannte Wärmetauscher zu verbessern ist, so daß die Aufgabe besteht, möglichst unter Beibehaltung der Konstruktion des Wärmetauschers den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs vorgesehenen Maßnahmen.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Nachfolgend wird anhand der Beschreibung sowie der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt:

ίο Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Umluufwasserhcizers in Teilschnitt-Seitenansicht und

F i g. 2 und 3 Details des Wärmetauschers im Querschnitt.

In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Ein Umlaufwasserheizer gemäß Fig. 1 weist einen öi- oder Gasbrenner auf, der als Gebläsebrenner ausgestaltet ist und dem Frischluft von einem Gebläse 3 über einen Schacht 4 zugführt wird. An dem Brenner 2 schließt sich ein Abgaskanal 5 an. in dem eine lonisationsüberwachungselektrode 6 und eine Zündelelektrode 7 für den Brenner angeordnet sind. Im Zuge des waagrecht verlaufenden Abgaskanais 5 ist ein Lameilenblockwärmetauscher 8 vorgesehen, bevor sich der

Kanal 5 zu einer Auslaßöffnung 9 verengt. An die Öffnung 9 ist ein nicht weiter dargestellter Schornstein angeschlossen. Auf dem Wärmetauscher 8, der eine größtenteils geschweißte und gesteckte Stahlblechkonstruktion darstellt, ist ein Speichergefäß 10 direkt und unmit-

jo telbar aufgesetzt. Unterhalb des Wärmetauschers 8 ist ein Umgehungskanal 11 vorgesehen. Das Speichergefäß 10 und der Umgehufigskanal 11 stehen einmal über eine Vielzahl parallelgeschalteter Wasserrohre 12 sowie über die seitlich in einen Tragrahmen 22 angeordneten Außenkanäle 24 wasserseitig miteinander in Verbindung. Im unteren Bereich 13 des Speichergefäßes 10 mündet ein Rücklaufstutzen 14 einer Heizungsanlage, der unmittelbar benachbart dem Vorlauf 15 des Wärmetauschers 8 ist. Im obersten Bereich 16 des Speichergefäßes 10 ist der Vorlaufstutzen 17 der Heizungsanlage angeschlossen, wobei der Vorltufstutten bis etwa in die Mitte des Speichergefäßes 10 reicht. Im mittleren Bereich des Speichergefäßes 10 ist ein ßrauchwasserbereiter 18 vorgesehen, der als Rohrschlange ausgebildet ist und dessen Vorlaufleitung mit 19 und dessen Rücklaufleitung mit 20 bezeichnet ist. Zur Unterstützung der Thermosiphonwirkung des Speichergefäßes 10 im Bereich des Wärmetduschers 8 ist das Speichergefäß in seinem unteren Bereich 13 schmaler gehalten als im oberen Bereich 16.

Der Wärmetauscher 8 bildet mit dem Speichergefäß 10 eine Baueinheit 21, die aus dein Tragrahmen 22 besteht, der den Wärmetauscher 8, das Speichergefäß 10 unu den Wärmetauscher 18 aufnimmt.

Im unteren Teil sind die einzelnen zueinander parallel geschalteten Wasserrohre 12 ersichtlich, in denen das Wasser in Richtung der Pfeile 23 aufgrund der Thermosiphonwirkung aufwärts strömt. In den Außenkanälen strömt das Wasser abwärst. Die Außenkanäle 24 sind als

bo Teil des Umgehungskanals 11 aufzufassen.

Die einzelnen Lamellen 27 bilden zusammen mit der Vielzahl der Wasserrohre 12 einen einheitlichen Lamellenblockwärmetauscher 8.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die einzelnen La-

b5 mellen 27 auf der dem Brenner 2 zugewandten Seite 28 mit V-förmigen Einziehungen 29 versehen sind, die an. ihrem Grund 30 mit Abrundungsradien versehen sind. Diese Einziehungen 29 sind in den Lamellenbereich je-

weils zwischen den Wasserrohren 12 vorgesehen, die hochkantrechteckigen Querschnitt aufweisen. Die rückseitigen Flächen 31 der Lamellen, die der Auslaßöffnung 9 zugewandt sind, sind eben und gerade. Aus der Fi g. 4 ist gut ersichtlich, daß die Lamellen etwa Rechteckform aufweisen, wobei die längere Seite des Rechtecks dem Wasserrohr zugewandt ist. Die Lamellen überragen die einzelnen Wassci rohre. Die Wassserrohre sind in den Lamellen gehalten, indem an der dem Brenner 2 zugewandten Seite vorhandene Lappen 32 an die Schmalseiten der Wasserrohre angelegt werden, auf der rückwärtigen Seite der Wasserrohre sind Sicken 33 vorhanden, gegen die sich beim Umlegen der Lappen 32 die Wasserrohre anlegen. Aus der Darstellung der Fig.4 in Verbindung mit der F i g. 2 ist ersichtlich, daß eine Viel- ! zahl von Lamellen 27 übereinander liegen, so daß ebenso die Einziehungen 29 übereinander liegen. In sämtliche dieser Einziehungen 29 sind aus keramischem Material beziehungsweise aus Stahl bestehende zylinderförmige Einsiitziiäbe 34 eingeiegi, die durch die Einziehung 29 seitlich stabilisiert werden. Die Halte ung erfolgt an der obersten beziehungsweise untersten Lamelle auf nicht dargestellte Weise. Die Form des V der Einziehung ist so gehalten, daß sich ein spitzer Winkel von etwa 15° ergibt, so daß sich eine Führung des Stabes gegen seitliche Umformungen bei thermischer Belastung ergibt. Der Durchmesser des Einsatzstabes, der auch ein Hohlkörper sein kann, ist so gehalten, daß der Einsatzstab im vorderen Drittel, gemessen von der von der Seite 28 ausgehenden Tiefe, der Einziehung zum jo Anliegen kommt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß der Durchmesser des zylindrischen Einsatzstabes das 0.4fache bis 0.6fache des freier. Durchlaßquerschnittes zwischen zv.ei Rohren 12 beträgt. Weiterhin hat es J5 sich als am günstigsten herausgestellt, daß die Breite der Einziehung 29 auf der Höhe der Seite 28, bezogen auf die Länge der Einziehung, verhält wie 1 : 2. Somit wird am günstigsten das Verhältnis der Einlagerungstiefe des Einsatzstabes, bezogen auf die Durchlaßweite, kleiner 4« gehalten als das Verhältnis der maximalen Öffpungsweite der Einziehung an der dem Brenner zugewandten Seite 28 der Lamelle, bezogen auf die Gesamttiefe der Einziehung 29.

Es hat sich nun weiter herausgestelii. daß nicht unbe- a > dingt der Einsatzstab zylinderförmig gewählt weiden muß. Es ist auch möglich, ihn elüpsenförmig zu wählen, wobei dann für den kleineren Durchmesser der Ellipse die eben geschilderten Verhältnisse zu wählen sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung hai folgende Funktion:

Durch die Einsatzstäbe 34 wird erreicht, daß der Abgasstrom zwischen den Wasserrohren 12 intensiv verwirbelt wird und so Gelegenheit hat. im Zuge des Vorbeistreichens an den Lamellen beziehungsweise den Außenwandungen der Wasserrohre den ihm innewohnenden Wärmeinhalt an die Lamellen oder Wasserrohre abzugeben. Wird der Einsatzstab zu klein gewählt, ist die Verwirbelungswirkung zu gering, befindet er sich bei gleicher Größe zu tief in der Einziehung 29. ist die t>o Wirbelzone zu weit aus dem Bereich der Lamellen beziehungsweise der Wasserrohre 12 gelegt. Ist andererseits der Querschnitt des Einsatzstabes zu groß, ist aufgrund der Querschnitiseinschnürung zwischen Einsatzstab und benachbartem Wasserrohr der Durchlaßwi- tr> derstand für die Abgase c-'jrch den Wärmetauscher zu groß. 1st der Einsat/.stiib zu weit vorn an der anströmseitigen Seite 28 des Wärmetauschers 8 angeordnet, so h;il das auch für die Wärmeübertragung auch vom Abgasstrom auf die Lamelle beziehungsweise auf die Außenwand (¹Cs Wasserrohres 12 nachteilige Auswirkungen. Somit gilt es. einen Mittelwert vom Querschnitt des Einsatzstabes zum Gesamtdurchlaßquersehnitt zwischen zwei Wasserrohren sowie bezüglich der Lagertiefe des Einsatzstabes in bezug auf die Lamellenbreite beziehungsweise auf die Wasserrohrbreitc anzustreben, dieser Mittelwert ist als Optimum bereits beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle mit einem von ein aufzuheizendes Medium führenden Rohren durchzogenen Lamellenblock, wobei die Lamellen auf ihrer der Wärmequelle zugewandten Seite mit einer Ausnehmung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daßin die Ausnehmung (29) ein siubförmiger Körper (34) eingefügt ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus keramischem Material beziehungsweise aus Stahl besteht

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder Z dadurch gekennzeicl.net, daß der stabförmige Körper zylindrisch ausgebildet isL

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung V-förmig gestaltet ist, wobei die Schenkel des V unter einem spitzen Winkel zueinanderstehen.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des V im Bereich zwischen 10 und 20° liegt.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des stabförmigen Körpers (34) so gewählt ist, daß dieser im ersten Drittel der Tiefe des V gelagert ist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche I bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche des stabförmigen Einsatzkörpers (34) zum Durchlaßquerschnitt zwischen zwei benachbarten Wasserroh. en (12) verhält wie 0,4—0.6 : 1.

8. Wärmetauscher nach einer" der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die größte Öffnungsweite der V-förmigen Ausd -hnung (29) an der Anströmseite (28) der Lamelle (27) zur Tiefe der V-förmigen Ausnehmung verhält wie I : 2.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Querschnitts des stabförmigen Körpers (34) zum Gesamtquerschnitt zwischen zwei benachbarten Wärmetauscherrohren kleiner gehalten ist als das Verhältnis der maximalen Öffnungsweite der V-förmigen Einziehung (29) zur Tiefe der V-förmigen Einziehung.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung des stabförmigen Einsatzkörpers (34) von der Zylinderform abweichend als Kreisabschnitt oder Ausschnitt sowie oval oder polygonförmig gewählt ist.