DE202007017403U1

DE202007017403U1 - Rohrbündelwärmetauscher

Info

Publication number: DE202007017403U1
Application number: DE202007017403U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2017-12-15

Abstract

Rohrbündelwärmetauscher, insbesondere für die Wärmeübertragung von Heizgas auf Heizungswasser oder Trinkwasser, wobei der Rohrbündelwärmetauscher einen von einem Heizungswasserstrom oder Trinkwasserstrom durchströmbaren Wasserraum (2) und einen von einem Heizgasstrom durchströmbaren Heizgasraum (5) aufweist, mit
• einem den Wasserraum (2) bildenden Gehäuse (1),
• im Gehäuse (1) angeordneten, parallel und/oder seriell durchströmbaren, Heizgas führenden, den Heizgasraum (5) bildenden Heizgasrohren (6),
• mindestens einem Heizgasverteiler (7) und mindestens einem Heizgassammler (8), in denen die Eintritts- und Austrittsquerschnitte (61, 62) der Heizgasrohre (6) münden, und die Anschlussvorrichtungen für eine Heizgaszuführung und eine Heizgasableitung aufweisen, und
• Kondenswasser ableitenden Einrichtungen (9) an dem mindestens einen Heizgassammler (8),
dadurch gekennzeichnet, dass
• der Wasserraum (2) eine in etwa U-förmige Gestalt aufweist,
• die Heizgasrohre (6) U-förmig gebogen sind und dem U-förmigen Verlauf des Wasserraums (2) folgen, und
• das Gehäuse (1) Anschlussvorrichtungen auf einer Gehäusevorderwand aufweist für den...

Description

Die Neuerung betrifft einen Rohrbündelwärmetauscher, insbesondere für die Wärmeübertragung von Heizgas auf Heizungswasser oder Trinkwasser, nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Derartige Rohrbündelwärmetauscher werden einem mit fossilem oder regenerativem Brennstoff befeuerten Heizkessel wasserseitig vorgeschaltet und dienen der Restwärmenutzung der aus dem Heizkessel austretenden Heizgase. Dazu wird das warme Heizgas mit Hilfe eines Heizgasverteilers auf die das Rohrbündel darstellenden, voneinander beabstandeten Heizgasrohre aufgeteilt, durchströmt die Heizgasrohre parallel und/oder seriell (z. B. rohrgruppenweise), um an deren Ende mit Hilfe eines Heizgassammlers wieder zusammengeführt zu werden. Dabei münden die Heizgasrohre mit ihren Eintritts- und Austrittsquerschnitten in dem mindestens einen Heizgasverteiler und dem mindestens einen Heizgassammler. Der auf mehrere Rohre aufgeteilte Heizgasraum ist von einem Wasserraum umgeben, der von kaltem, zu erwärmendem Heizungswasser oder Trinkwasser durchströmt wird. Über die Wände der Heizgasrohre erfolgt der Wärmeaustausch zwischen den Heizgasen und dem Wasser. Der Wasserraum ist nach außen durch ein Gehäuse mit Anschlussvorrichtungen für die Leitungen des eintretenden und austretenden Heizungs- oder Trinkwasserstroms begrenzt. Speziell bei Brennwert-Heizsystemen werden mit solchen nachgeschalteten Wärmetauschern die Heizgase bis auf ein sehr niedriges Temperaturniveau unter den Taupunkt abgekühlt, um die latent im Abgas enthaltene Kondensationswärme zu nutzen. Für den Wärmeübergang bei entsprechend kleinen Temperaturdifferenzen zwischen Heizgas und Heizungswasser werden einerseits große Wärmetauscherflächen benötigt, andererseits sind aber Bauvolumen und Materialaufwand begrenzt. Zusätzlich müssen die verwendeten Materialien, wie zum Beispiel der relativ teure Werkstoff Edelstahl, erhöhte Anforderungen bezüglich der Korrosionsbeständigkeit erfüllen.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakt aufgebauten und für Wartungs- und Reinigungsarbeiten leicht zugänglichen Rohrbündelwärmetauscher zu schaffen.
Neuerungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der neuerungsgemäße Rohrbündelwärmetauscher ist gekennzeichnet durch die in etwa U-förmige Gestaltung des Wasserraumes, in dem die ebenfalls U-förmig gebogenen, voneinander beabstandeten Heizgasrohre dem U-förmigen Verlauf des Wasserraumes folgen. Das Gehäuse weist Anschlussvorrichtungen auf einer Gehäusevorderwand auf für den mindestens einen Heizgasverteiler, den mindestens einen Heizgassammler sowie für die Leitungen des eintretenden und austretenden Heizungs- oder Trinkwasserstroms.
Es ist von Vorteil, wenn die Heizgasverteiler, Heizgassammler und Wasserleitungen lösbar an das Gehäuse angeschlossen sind, so sind der Heizgasraum und der Wasserraum für eine Reinigung leicht zugänglich.
Bei einer Ausführung sind die Heizgasrohre stromabwärts um etwa 2–5° zur Horizontalen geneigt, um ein Abfließen des anfallenden Kondenswassers zu begünstigen.
Die den Heizgasraum bildenden Heizgasrohre sind matrixartig nebeneinander und übereinander angeordnet. Die nebeneinander in einer Ebene angeordneten Heizgasrohre bilden in etwa U-förmige Rohrgruppen. Indem solche Rohrgruppen in mehreren Ebenen übereinander angeordnet werden, ergeben sich kompakte, U-förmig gekrümmte Rohrbündel. Bei einer geeigneten Ausführungsvariante unterscheiden sich die nebeneinander liegenden Heizgasrohre einer Rohrgruppe durch verschieden große Krümmungsradien. Sie verlaufen mit von Rohr zu Rohr zunehmendem Abstand von und konzentrisch zu einem gemeinsamen Mittelpunkt in einer planen Ebene.
Bei einer alternativen Ausführung sind die nebeneinander liegenden Heizgasrohre einer Rohrgruppe identisch gestaltet mit gleichen Krümmungsradien. Sie sind leicht zueinander versetzt angeordnet und teilweise geringfügig schräg gestellt, sodass sie sich nicht gegenseitig berühren.
Der warme Heizgasstrom wird in einer Ausführung zu einem Heizgasverteiler geleitet, hier zur parallelen Durchströmung der Heizgasrohre auf deren Eintrittsquerschnitte aufgeteilt, das Heizgas gibt beim Durchströmen der Heizgasrohre seine Wärme an diese ab, wird im Heizgassammler wieder zusammengeführt und schließlich abgeleitet.
Bei einer hierzu alternativen Ausführung sind die Heizgasrohrgruppen in Reihe geschaltet. Sie umfasst jeweils mehrere Heizgasverteiler und -sammler, die dann z. T. die Funktion einer Umlenkstation für das Heizgas aus einer Rohrgruppe in eine benachbarte Rohrgruppe erfüllen.
Das Heizungs- oder Trinkwasser strömt durch den Wasserraum und kühlt die Heizgasrohre. Eine vorteilhafte Gestaltung des Wasserraums führt die Wasserströmung im Gegen strom zum Heizgas an den Heizgasrohren entlang und sorgt für eine effiziente Wärmeübertragung. Die U-förmige Wasserraumgestaltung kann durch eine Aussparung oder einen Verdrängungskörper im Wasserraum mittig vor der Gehäusevorderwand erfolgen.
Im Wasserraum vor den Anschlussvorrichtungen der eintretenden und austretenden Wasserleitungen können Umlenk- oder Drosselvorrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung und Zusammenführung des Heizungs- oder Trinkwasserstroms auf den gesamten Strömungsquerschnitt angeordnet sein. Im einfachsten Fall sind dies beispielsweise Prallbleche oder Lochbleche. Ferner können im Wasserraum und/oder in den Heizgasrohren Umlenk- und Verwirbelungselemente vorgesehen sein, die den Wasserstrom und/oder den Heizgas-Strom im Hinblick auf eine effiziente Wärmeübertragung umlenken und verwirbeln.
Ebenfalls können die Heizgasrohre mit Oberflächen vergrößernden oder Turbulenz erzeugenden Strukturen oder Prägungen versehen sein und/oder einen dem Volumen der Heizgase angepassten, in Strömungsrichtung abnehmenden Querschnitt besitzen.
Gegebenenfalls wird eine Schalldämpfung erforderlich sein, insbesondere um Strömungsgeräusche im Heizgasraum zu reduzieren. Entsprechende Schalldämpfer können vorteilhaft in und/oder an dem mindestens einen Heizgasverteiler und/oder mindestens einen Heizgassammler angeordnet sein.
Wesentlicher Vorteil der Vorrichtung ist der kompakte und für Wartungs- und Reinigungsarbeiten leicht von vorn zugängliche Aufbau des Rohrbündelwärmetauschers. Auf einfache Weise wird eine effiziente Brennwertnutzung gewährleistet, wobei der Wärmetauscher in verschiedenen Konstellationen zum Wärmeerzeuger platziert werden kann, so z. B. auf, neben oder unter dem Wärmeerzeuger oder auch räumlich davon getrennt.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung dar. Es zeigt:
1: das Gehäuse eines Rohrbündelwärmetauschers ohne Deckel in perspektivischer Ansicht,
2: einen Rohrbündelwärmetauscher nach 1 mit angeschlossenen Bauteilen,
3: einen Schnitt durch einen Rohrbündelwärmetauscher nach 1 mit Heizgasrohren verschiedener Krümmungsradien, und
4: einen auf einem Heizkessel platzierten nachgeschalteten Rohrbündelwärmetauscher.
Der Rohrbündelwärmetauscher in 1 besteht aus einem Gehäuse 1 (hier ohne Deckel dargestellt) aus Stahlblech, welches einen Wasserraum 2 einschließt. Im Wasserraum 2 mittig vor der Gehäusevorderwand 3 befindet sich eine zylinderförmige Aussparung 4, die dem Wasserraum 2 seine etwa U-förmige Gestalt gibt. Durch das Gehäuse 1 und durch den Wasserraum 2 wird der Heizgasraum 5 geführt, der mehrere U-förmige Heizgasrohre 6 umfasst. Diese Heizgasrohre 6 münden auf der Gehäusevorderwand 3 an den Heizgasrohr-Einmündungen 61 und Heizgasrohr-Ausmündungen 62 ein und aus.
2 zeigt vor den Heizgasrohr-Einmündungen 61 einen Heizgasverteiler 7, vor den Heizgasrohr-Ausmündungen 62 ist ein Heizgassammler 8 angeschlossen. Sie sorgen für eine Aufteilung des Heizgases auf die Heizgasrohre 6. Die heißen Heizgase strömen durch den Heizgasverteiler 7 in die U-förmigen Heizgasrohre 6 und geben ihre Wärme an diese ab. Abgekühlt verlassen sie das Rohrbündel über den Heizgassammler 8. Anfallendes Kondenswasser wird am Heizgassammler 8 über einen Siphon 9 abgeleitet. Das kalte Heizungswasser (oder Trinkwasser) tritt über einen Rücklaufanschluss 10 (Kaltwassereinlauf) in den Wasserraum 2 ein und erwärmt sich durch Kontakt zu den Heizgasrohren 6. Warm tritt das Heizungswasser (Trinkwasser) über den Vorlaufanschluss 11 (Warmwasserauslauf) aus dem Wasserraum 2 aus. Dem Wasser ist von einer (nicht dargestellten) Umwälzpumpe oder einem in der Leitung gegebenen Anschlussdruck das nötige Druckgefälle für seine Förderung aufgeprägt. Die Heizgase werden von einem (nicht dargestellten) Gebläse gefördert.
3 zeigt im Schnitt die Heizgasrohre 6 mit verschiedenen Krümmungsradien konzentrisch zu einem gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt.
In 4 ist der Rohrbündelwärmetauscher als nachgeschalteter Brennwertwärmetauscher auf einem Heizkessel platziert. Strömungsabwärts des Heizgassammlers 8 ist ein Abgasrohranschlussteil 12 dargestellt.

Claims

Rohrbündelwärmetauscher, insbesondere für die Wärmeübertragung von Heizgas auf Heizungswasser oder Trinkwasser, wobei der Rohrbündelwärmetauscher einen von einem Heizungswasserstrom oder Trinkwasserstrom durchströmbaren Wasserraum (2) und einen von einem Heizgasstrom durchströmbaren Heizgasraum (5) aufweist, mit • einem den Wasserraum (2) bildenden Gehäuse (1), • im Gehäuse (1) angeordneten, parallel und/oder seriell durchströmbaren, Heizgas führenden, den Heizgasraum (5) bildenden Heizgasrohren (6), • mindestens einem Heizgasverteiler (7) und mindestens einem Heizgassammler (8), in denen die Eintritts- und Austrittsquerschnitte (61, 62) der Heizgasrohre (6) münden, und die Anschlussvorrichtungen für eine Heizgaszuführung und eine Heizgasableitung aufweisen, und • Kondenswasser ableitenden Einrichtungen (9) an dem mindestens einen Heizgassammler (8), dadurch gekennzeichnet, dass • der Wasserraum (2) eine in etwa U-förmige Gestalt aufweist, • die Heizgasrohre (6) U-förmig gebogen sind und dem U-förmigen Verlauf des Wasserraums (2) folgen, und • das Gehäuse (1) Anschlussvorrichtungen auf einer Gehäusevorderwand aufweist für den mindestens einen Heizgasverteiler (7), den mindestens einen Heizgassammler (8) sowie für die Leitungen (10, 11) des eintretenden und austretenden Heizungs- oder Trinkwasserstroms.
Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizgasrohre (6) eine stromabwärts abschüssige Neigung von etwa 2–5° zur Horizontalen aufweisen.
Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Heizgasraum (5) bildenden Heizgasrohre (6) matrixartig in einer Krümmungsebene nebeneinander und in verschiedenen Ebenen übereinander angeordnet sind, wobei die nebeneinander angeordneten Heizgasrohre (6) verschiedene Krümmungsradien aufweisen.
Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten Heizgasrohre (6) gleiche Krümmungsradien aufweisen und durch ihren teilweisen Versatz in vertikaler Richtung und/oder ihre teilweise geringfügige Schrägstellung zur vertikalen Achse ein kompaktes Rohrbündel bilden.
Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser im Gegenstrom zum Heizgas geführt wird.
Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch im Wasserraum (2) angeordnete Umlenkvorrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung und Zusammenführung des Heizungs- oder Trinkwasserstroms auf den gesamten Strömungsquerschnitt.
Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Umlenk- und Verwirbelungselemente im Wasserraum (2) und/oder im Heizgasraum (5).
Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wasserraum (2) mittig vor der Gehäusevorderwand (3) angeordneter Verdrängungskörper oder eine Aussparung (4) im Gehäuse (1) die das Wasser führende U-Form erzeugt.
Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an dem mindestens einen Heizgasverteiler (7) und/oder mindestens einen Heizgassammler (8) schallabsorbierende Vorrichtungen angeordnet sind.
Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizgasrohre (6) mit Oberflächen vergrößernden oder Turbulenz erzeugenden Strukturen oder Prägungen versehen sind und/oder einen dem Volumen der Heizgase angepassten, in Strömungsrichtung abnehmenden Querschnitt aufweisen.