DE4239494A1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser, insbes. Warmwasserheizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser, insb. einen Warmwasserheizkessel, mit die Verbrennungskammer umschließenden Wärmetauschern und unterhalb der Verbrennungskammer angeordneten, einander parallelen, plattenförmigen Wärmetauschern, die zur Bildung eines S-förmigen Rauchgasabzuges gegeneinander versetzt sind und an beiden Rändern Längskanäle für das Wasser aufweisen, die über eine Vielzahl von Querkanälen miteinander verbunden sind, die quer zum Rauchgasstrom verlaufen.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Verbrennungskammer von plattenförmigen Wärmetauschern umschlossen; ein derartiger Wärmetauscher begrenzt die Verbrennungskammer auch nach unten hin. Es versteht sich, daß diese Wärmetauscher einer erheblichen thermischen Belastung unterworfen sind; zudem ist das Wasservolumen vergleichsweise klein, wodurch die Temperaturregelung erschwert wird und die Elastizität des Systems beeinträchtigt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und demgemäß bei Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art zu erreichen, daß die thermische Belastung der die Verbrennungskammer umschließenden Wärmetauscher verringert und die Elastizität des Systems und deren Rege­ lungsmöglichkeit verbessert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die Verbrennungskammer innerhalb eines doppelwandigen Rohres angeordnet, dessen äußere Wandung unten von einem plattenförmigen Wärmetauscher gebildet ist, von dem aus das Wasser über eine Vielzahl kleiner Durchbrechungen in die Wandung des Rohres einleitbar ist.

Das doppelwandige Rohr eröffnet die Möglichkeit, der Verbrennungskammer ein größeres Wasservolumen zuzuordnen, um die Wassertemperaturregelung einfacher und elastischer ausbilden zu können. Zudem werden keine dünnwandigen plattenförmigen Wärmetauscher, die im Regelfalle thermisch weniger belastbar sind, benutzt, sondern Wasser­ aufnahmeräume, deren Aufnahmevermögen von der Wand­ stärke des doppelwandigen Rohres abhängig sind, die vergleichsweise groß gewählt werden kann.

Für die Verbrennungskammer wird vorzugsweise ein zylindrisches Rohr benutzt (Innenrohr des doppelwandigen Rohres), während das äußere Rohr von einem bügelförmigen Wandungsteil gebildet wird, das unten in die Ränder des plattenförmigen Wärmetauschers übergeht.

Die Vielzahl der kleinen, zum Durchtritt des Wassers in die Wandung des Rohres dienen den Durchbrechungen haben noch den großen Vorteil, daß die Wandung des Rohres bzw. das hierin befindliche Wasser durchwirbelt wird. Zudem ist sichergestellt, daß eine gleichmäßige Ver­ mischung des Wassers in der Wandung des Rohres eintreten kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Wiedergabe wichtige Teile eines Warmwasserheizkessels im Querschnitt,

Fig. 2 den Kessel gemäß Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III von Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV von Fig. 1,

Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 1 bei V, und zwar in vergrößerter Darstellung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Stelle gemäß Fig. 5,

Fig. 7 einen Ausschnitt aus Fig. 5 in vergrößerter Wiedergabe und

Fig. 8 einen abgewandelten Warmwasserheizkessel im Längsschnitt.

Der Warmwasserheizkessel befindet sich in einem durch gestrichelte Linien 1 angedeuteten Gehäuse; er weist eine Verbrennungskammer 2 auf mit einem mittels Öl oder Gas betriebenen Brenner 3. Der äußere Durchmesser der Ver­ brennungskammer 2 wird durch ein zylindrisches Metallrohr 4 bestimmt. Dieses wird oben und seitlich im Abstand von einem U-förmigen Wandungsteil 5 umschlossen, dessen Ränder wasserdicht mit den Rändern eines plattenförmigen, waagerecht angeordneten Wärmetauschers 6 verbunden sind. Das Metallrohr 4 bildet also die innere Wand und der Wandungsteil 5 mit dem Wärmetauscher 6 die äußere Wand eines doppelwandigen Rohres, das die Verbrennungskammer 2 umschließt.

Der Wärmetauscher 6 ist der oben gelegene Wärmetauscher eines Paketes, das von mehreren plattenförmigen Wärmetauschern z. B. drei Wärmetauschern 6, 7 und 8 gebildet ist, die waagerecht übereinanderliegend angeordnet und auch parallel zur Längsachse des doppelwandigen Rohres verlegt sind. Die Wärmetauscher 7-8 sind gemäß Fig. 2 zudem gegen­ einander versetzt, um einen S-förmigen Rauchgasabzug im Sinne der Pfeile 9 zu erzielen. Der Austritt der Rauchgase ist bei 10 dargestellt.

Die beiden Ränder eines jeden Wärmetauschers 6-8 werden von Längskanälen 11 gebildet (parallel zur Hauptachse des doppelwandigen Rohres), die wechselseitig über senkrechte Führungen 12 für das Wasser in Verbindung stehen. Darüberhinaus stehen die Längskanäle 11 jedes Wärmetauschers 6-8 über eine große Anzahl, kleiner Kanäle 13 in Verbindung, die somit das erwärmte Wasser von einem Längskanal 11 zum gegenüberliegenden Längs­ kanal 11 transportieren.

Das zu erwärmende Wasser wird von unten einem Längskanal 11 des Wärmetauschers 8 zugeführt und dann im s-förmigen Verlauf den Kanälen 13 des Wärmetauschers 6 zugeleitet. Diese weisen symmetrisch zur Längsmittelebene des doppelwandigen Rohres 4-6 in den Wandungen der Kanäle 13 kleine Bohrungen mit einem Durchmesser von etwa 4-6 mm auf, die mit 14 bezeichnet sind. Das in den Wärmetauschern 6-8 erwärmte Wasser strömt daher über die in den ein­ zelnen Kanälen 13 angeordneten Bohrungen 14 im Sinne der Pfeile 15 in die Wandung des doppelwandigen Rohres. Hier ist es der Verbrennungskammer ausgesetzt, wird weiter erwärmt und gelangt dann schließlich oben über den Aus­ tritt 16 zu Regeleinrichtungen bzw. zum Abnehmer.

Durch die kleinen Bohrungen 14 ist sichergestellt, daß eine innige Vermischung des zugeleiteten Wassers mit dem schon in der Wandung befindlichen Wasser eintritt. Es ergibt sich eine wünschenswerte Verwirbelung des unter Druck zugeleiteten Wassers und des schon in der Wandung angesammelten Wassers.

Demgemäß ist die Verbrennungskammer 2 ganz von einer beträchtlichen Wassermenge umschlossen; nach außen hin wird das Wasservolumen von dem Wandungsteil 5 und einem Wärmetauscher 6 umschlossen. Da das Wasser unter Über­ druck steht, beendet sich innerhalb der Wandung des Doppel­ rohres eine Verstärkung in Form von über die Länge der Verbrennungskammer 2 verteilt angeordneten Streben 17, die schräg anstehen und das Metallrohr 4 außen mit den seitlichen Randbereichen des Wärmetauschers 6 fest verbinden; zu­ dem kann mittig bei 18 eine feste Verbindung zwischen dem Metallrohr 4 und dem Wärmetauscher 6 vorgesehen sein z. B. durch eine Schweißung.

Das vergleichsweise große Wasservolumen, das die Verbrennungs­ kammer 2 umschließt, hat den Vorteil, daß wechselnde Temperaturen beim Verbraucher besser beherrscht werden können; die Regelung z. B. durch Beipaß wird erheblich be­ ruhigt. Außerdem ist die thermische Belastung des Wärme­ tauschers verringert.

Es sei erwähnt, daß in der Zeichnung die Wandungen aller Elemente - ausgenommen in Fig. 4 - nur in Form von Strichen wiedergegeben sind; diese Wandungen haben natürlich eine ausreichende Wandstärke.

Zusätzlich zu den Streben 17 können zwischen den beiden Wandungen - Teile 4, 5 - festigkeitgebende Distanzstücke 19 vorgesehen sein, die mit dem Metallrohr 4 verschweißt und radial außen mit innen am Wandungsteil 5 anliegenden Streifen 20 fest verbunden sind. Um auch diese Streifen fest mit dem Wandungsteil 5 verbinden zu können, nachdem die Teile 4, 5 zusammen­ gefügt sind, erhält das Wandungsteil 5 im Bereich der Streifen 20 Durch­ brechungen 21, deren Ränder mit dem Streifen 20 verschweißbar sind. Die Durchbrechungen 21 ermöglichen also den Zugang zu den Streifen 20 von außen her (zur Herstellung einer festen Verbindung). Sind die Streifen 20 breit genug, so können die Verbindungen bzw. Schweißstellen 22 gegeneinander versetzt sein (Fig. 6).

Um eine noch bessere Nutzung der Wärmeenergie zu bewirken, weist der Kessel gemäß Fig. 8 an seinen Stirnseiten zusätzlich noch plattenförmige Wärmetauscher 23 und 24 auf, von denen der an der vorderen Stirnseite gelegene Wärmetauscher 24 eine Ausnehmung 25 für den Brenner 3 aufweist. Ebenso wie der untenliegende Wärmetauscher 8 mit einem Eintritt für das zu erwärmende Wasser ausgestattet ist, haben auch die Wärmetauscher 23, 24 einen bei 26 angedeuteten Eintritt, wobei es sich jedoch versteht, daß für die Elemente 8, 23 und 24 insgesamt nur ein einziger Kaltwassereintritt vorgesehen ist, der sich in drei Wege aufspaltet.

Wichtig ist nun, daß das in den Wärmetauschern 23, 24 oben bei 27 austretende warme Wasser nicht etwa dem Austritt 16 zugeführt wird, sondern daß das erwärmte Wasser je im Bereich des Endes des doppelwandigen Rohres, und zwar an der obersten Stelle zugeleitet wird, während sich der Austritt 16 zwischen den beiden Eintrittstellen 28 etwa mittig auf halber Länge des doppelwandigen Rohres bzw. der Verbrennungs­ kammer 2 befindet.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß ein zu schneller Wasserdurchlauf durch die Wärmetauscher 23, 24 nicht eintreten kann und das in diesen Wärmetauschern erwärmte Wasser in bemessener Menge dem Gesamtkreislauf zugeführt werden kann.

Das doppelwandige Rohr 4, 5 ist zudem unten kürzer als oben; damit die Verbrennungsgase günstig in den Raum zwischen die beiden oben gelegenen Wärmetauscher 7, 7 einströmen kann, ist das doppelwandige Rohr 4, 5 an seinem hinteren Ende mit einer in etwa dreieckigen Ausnehmung 29 (in der Seitenansicht betrachtet) versehen.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser, insb. Warm­ wasserheizkessel, mit die Verbrennungskammer umschließenden Wärmetauschern und unterhalb der Verbrennungs­ kammer angeordneten, einander parallelen, platten­ förmigen Wärmetauschern, die zur Bildung eines S-förmigen Rauchgasabzuges gegeneinander versetzt sind und an beiden Rändern Längskanäle für das Wasser aufweisen, die über eine Vielzahl von Querkanälen miteinander ver­ bunden sind, die quer zum Rauchgasstrom verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (2) innerhalb eines doppelwandigen Rohres angeordnet ist, dessen äußere Wandung unten von einem plattenförmigen Wärmetauscher (6) gebildet ist, von dem aus das Wasser über eine Vielzahl kleiner Durchbrechungen (14) in die Wandung des doppelwandigen Rohres einleitbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (14) einen Durchmesser von etwa 4-6 mm haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (14) in Reihen in den Quer­ kanälen (13) des Wärmetauschers (6) vorgesehen sind, die parallel zur Längsmittelachse des doppelwandigen Rohres (4, 5) verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen symmetrisch in Bezug auf die Längsmittel­ ebene des doppelwandigen Rohres angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Ebene lediglich eine Reihe vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (4) des doppelwandigen Rohres die Verbrennungskammer (2) nach außen begrenzt und die außen gelegene Wandung des Rohres von einem u-förmigen Wandungsteil (5) gebildet ist, dessen nach unten gerichtete Schenkel mit den Rändern eines Wärme­ tauschers (6) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand ein zylindrischer Rohrkörper ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (4) außen mit Streben (17) mit den Randbereichen des Wärmetauschers (6) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (17) von der Innenwand (4) aus schräg nach unten außen gerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (6) mittig praktisch unmittelbar mit der Innenwand (4) verbunden ist (Schweißstelle 18).

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Wandungen (4, 5) festigkeitgebende Ver­ bindungsstücke (19) vorgesehen sind, die an ihren äußeren Enden mit innen an der äußeren Wandung (5) anliegenden Streifen (20) verbunden sind und daß die äußere Wandung im Bereich der Streifen mit Durchbrechungen (21) versehen ist deren Ränder mit dem Streifen fest z. B. durch Schweißen (22) verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Durchbrechungen (21) und ihre Schweißnähte (22) gegeneinander versetzt sind (Fig. 6).

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (19) einen flach rechteckigen Querschnitt haben und sich im wesentlichen über die Breite der Streifen (20) erstrecken.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Streifen (20) parallel zur Längsmittelachse des doppelwandigen Rohres (4, 5) erstrecken.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten der Vorrichtung etwa senkrechte, sich zumindest im wesentlichen über die Höhe der Vorrich­ tung erstreckende Wärmetauscher (23, 24) vorgesehen sind, deren oben gelegener Wasseraustritt (27) zum Inneren des doppelwandigen Rohres (4, 5) führt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Wärmetauschern (23, 24) erwärmte Wasser den Endbereichen des doppelwandigen Rohres (4, 5) zuführ­ bar ist, dessen Warmwasseraustritt (16) sich etwa auf halber Länge des doppelwandigen Rohres (4, 5) befindet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelwandige Rohr (4, 5) am hinteren Ende in der Weise ausgespart ist, daß (bei Betrachtung des Rohres in der Seitenansicht - Fig. 8) das Rohr unten kürzer ist als oben.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, die Aussparung (29) im wesentlichen dreieckig ist.