DE2951487A1 - Abgas-waermetauscher - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Abgas-Wärmetauscher mit einem zentralen Abgasrohr und einem das Abgasrohr koaxial umgebenden Mantelrohr, wobei der Ringraum zwischen Abgasrohr und Mantelrohr von einem Wärmetauscherfluid durchströmt ist.

Ein derartiger Abgas-Wärmetauscher ist bereits bekannt. Zur besseren Wärmeübertragung an das im Ringraum zwischen Abgasrohr und Mantelrohr zirkulierende Fluid sind im Ringraum mehrere achsparallele Rohre kleineren Durchmessers angeordnet, die über eine vordere und hintere Kammer mit dem Inneren des Abgasrohres in Verbindung stehen. Wird im Hauptquerschnitt des Abgasrohres eine Drossel geschlossen, strömt das Rauchgas verstärkt durch die im Ringraum angeordneten Rohre und erwärmt das Wärmetauscherfluid. Der Wärmetauscher wird zwischen Heizkessel und Schornstein eingebaut und entweder mit dem Heizwasser- oder Brauchwasserkreislauf verbunden. Es wird als nachteilig angesehen, daß um eine einigermaßen wirkungsvolle Wärmeübertragung sicherzustellen, der Strömungsquerschnitt des Abgasrohres gedrosselt werden muß, wodurch der Zug des Brenners vermindert und der Wirkungsgrad der Verbrennung verschlechtert wird. Des weiteren ist nachteilig, daß nur ein einziges Wärmetauscherf luid erwärmt werden kann. Bei den bekannten Zentralheizungsanlagen sind in der Regel zwei getrennte Kreisläufe, der Heizwasserkreislauf und der tSrauchwasserkreislauf vorhanden. Es wäre vorteilhaft, wenn der nutzbare Anteil der Abwärme beiden Kreisläufen zugeführt werden könnte.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, in das Rauchgas-Abzugsrohr zwischen Kessel und Kamin eine Anzahl von miteinander verbundenen einzelnen Ringkammern einzusetzen. Jede der Ringkammern weist einen Einlauf und einen Auslauf auf und wird durch eingebaute Trennwände kreisförmig durchströmt. Infolge der hintereinander angeordneten Ringkammern er-

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folgt eine etwa spiralförmige Umströmung des Rauchgaskanals. Für ein zweites Wärmetauscherfluidsystem kann ein zweiter Satz Ringkammern nach dem ersten Satz auf der zur Verfügung stehenden Länge angeordnet werden. Ein solches System hat jedoch den Nachteil einer relativ aufwendigen Montage, da jede Ringkammer quasi ein selbständiges Teil darstellt, sind auch Materialverbrauch und damit die Kosten erheblich. Schließlich ist auch die gereihte Anordnung der beiden Systeme über die Länge des Rauchgas-Abzugsrohres unbefriedigend, da dem zuletzt angeordneten System nur noch ein wesentlich kleinerer Temperaturgradient zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgas-Wärmetauscher zu schaffen, der für zwei voneinander getrennte Wärmetauscherfluidsysteme geeignet ist und darüberhinaus von einfachster Konstruktion sein soll und leicht zu montieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wärmetauscher mit dem im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Ein solcher Wärmetauscher hat insbesondere den Vorteil, daß beide Wärmetauscherfluidsysteme vom gleichen Abschnitt des Rauchgasrohres Wärme abziehen, so daß man nicht auf eine übergroße Länge des Rauchgasrohres angewiesen ist. Das Grundelement des neuen Wärmetauschers, nämlich das zentrale Abgasrohr mit Mantelrohr und den im Ringraum angeordneten Zwischenrohren kann in Standardlängen hergestellt und erst an Ort und Stelle auf spezielle Einbaumaße zugeschnitten werden. Das Einsetzen bzw. Einschweißen der Begrenzungsplatten und Aufsetzen der Deckel kann bei der Endmontage erfolgen, so daß die zur Verfügung stehende Strecke des Rauchgasabzugsrohres optimal genutzt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durch-

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strömt das erste Wärmetauscherfluid die jeweils durch Deckel und Begrenzungsplatte gebildeten Kammern sowie die im Ringraum angeordneten Rohre, das zweite Wärmetauscherfluidsystem strömt im Ringraum außerhalb der darin angeordneten Rohre.

Die Erfindung kann insofern weitergebildet werden, als die Deckel auch so ausgebildet sein können, daß das aus einem Zwischenrohr ausströmende Fluid umgelenkt und in das benachbarte Zwischenrohr wieder eingeleitet wird. Das Fluid durchströmt somit hintereinander ein Rohr nach dem anderen und erwärmt sich infolge der hohen mittleren Verweilzeit entsprechend stark.

Weitere Fortbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung werden in der nahezu unbegrenzten Möglichkeit der Anpassung an spezielle Einbaugegebenheiten, sowie in der einfachen Konstruktion und entsprechend einfachen Herstellung gesehen.

Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Wärmetauscher,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie I-I,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie II - II und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie Hl-Illin Fig.

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Der Wärmetauscher besteht aus einem zentralen Rauchgasrohr 10, einem koaxial dazu angeordneten Mantelrohr 12 und im Ringraum 14 zwischen zentralem Rauchrohr 10 und Mantelrohr 12 angeordneten achsparallelen Rohren 16. Die Rohre 16 liegen dicht an dicht und berühren die Außenfläche des zentralen Rauchgasrohres. Zwischen der Innenfläche des Mantelrohres und den Rohren bleibt ein geringer Spalt für einen Fluidaustausch bzw. eine Vermischung. Die Rohre können durch gelochte Stege fixiert werden.

Das Rauchgasrohr 10 ist mit geeigneten Flanschen bzw. Stutzen versehen, um an die genormten, vom Kessel kommenden bzw. zum Kamin führenden Rauchgasrohrabschnitte angeschlossen werden zu können (diese Flansche sind nicht gezeigt). Die Rohre im Ringraum 14 sind kürzer als das zentrale Rauchgasrohr 10 und sind an ihren beiden Enden durch je eine vordere und hintere Begrenzungsplatte 18, 20 durchgeführt. Die Durchführung ist flüssigkeitsdicht, was entweder durch entsprechende Gummidichtungen, oder auch Schweißen und löten erfolgen kann. Das Rauchgasrohr 10 durchsetzt die Begrenzungsplatten 18, 20 ebenfalls. Zusammen mit dem Mantelrohrabschnitt 12 wird somit eine dichte Ringkammer gebildet, die lediglich von den Rohren 16 durchsetzt wird. In die Ringkammer mündet ein Fluideinlaß 22, ein entsprechender Auslaß führt aus ihr wieder heraus. Diese Ringkammer kann beispielsweise von Brauchwasser BW durchströmt werden.

Auf das vordere und hintere Ende des Wärmetauschers ist jeweils ein gewölbter Deckel 26, 28 aufgesetzt. Der Rand des Deckels kann, wie strichpunktiert angedeutet, mit den Begrenzungsplatten 18, 20 und gegebenenfalls mit einem am Ende des Mantelrohres 12 ausgebildeten Flansch druckdicht verschraubt werden. Beide Deckel 26, 28 werden vom zentralen Rauchgasrohr dichtend durchsetzt. Vorzugsweise ist die Durchführung durch die Deckel geschweißt. Dadurch entstehen jeweils eine vordere und eine hintere Kammer 30, von denen aus das Fluid des zweiten Systems zugeleitet

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bzw. abgeführt wird. Das Fluid tritt in die Kammer 32 über Zulauf 34 ein, durchströmt gleichsinnig alle Rohre 16, sammelt sich in Kammer 30 und tritt aus dem Ablauf 36 wieder aus. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zirkuliert in diesem System das Heizwasser (HW).

Um den Wärmeübergang vom Rauchgas in den Ringraum zu verbessern, können im Rauchgasrohr 10 den freien Querschnitt verengende Schikanen 38 angebracht sein. Diese Schikanen sorgen für eine bessere Verwirbelung und damit für einen höheren Wärmeübergangskoeffizienten. Anstelle der Schikanen können selbstverständlich auch andere Maßnahmen getroffen werden, beispielsweise nabenförmige Verdrängungskörper eingebaut werden oder auch Leitbleche vorgesehen sein, die eine spiralige Strömung des Rauchgases bewirken. In diesem Fall sollte jedoch dafür gesorgt werden, daß die Einsätze zun Reinigen herausnehmbar sind. Bei übereck laufenden Abzugsrohren ist dies ohne weiteres möglich.

Da die Rohre 16 mit dem inneren Abgasrohr 10 nur einen geringen direkten Wärmekontakt haben und somit die an das in den Rohren 16 strömende Fluid abgegebene Wärme nicht allzu groß ist, können gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung die Rohre 16 auch nacheinander durchströmt werden. D?zu ist lediglich eine andere Ausbildung der Deckel 26, 28 erforderlich. Eine Ansicht eines solchen Deckels ist in Fig. 3 gezeigt. Wie sich im Zusammenhang mit Fig. 4 ergibt, besteht der Deckel 28, jedenfalls bei der gezeigten Ausführungsform, aus Vollmaterial, in das gewisse Aussparungen 40 eingebracht sind. Die Aussparungen 40 haben jeweils solche Abmessungen, daß zwei der Rohre 16 in jeweils einer Ausnehmung 40 münden (vgl. dazu auch Fig. 3). Die Stege zwischen den Ausnehmungen 40 liegen dicht an der jeweiligen Begrenzungsplatte 18 bzw. 20 an und verhindern ein Uber-

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treten des in den Rohren 16 strömenden Mediums.

Bedingt durch diesen abgewandelten Deckel kann sich das durch den Zulauf 34 einströmende Fluid nicht mehr auf alle Rohre 16 verteilen, sondern wird über eine etwas kleiner ausgebildete Ausnehmung 42 in eines der Rohre 16 geschickt. Nach Durchlaufen einer Rohrlänge wird das Fluid in einer im anderen Deckel befindlichen Kammer 40 entsprechend umgelenkt und strömt durch das benachbarte Rohr zurück, worauf eine neue Umlenkung erfolgt und sofort, bis das letzte Rohr 16 durchströmt ist. Sind im Ringraum 14 eine ungerade Anzahl von Rohren angeordnet, so befinden sich Zulauf 34 und Ablauf 36 in je einem Deckel. Ist die Rohranzahl gerade, können Zu- und Ablauf auch in ein und demselben Deckel angeordnet werden. In diesem Fall muß jedoch noch eine zweite, kleinere Ausnehmung, ähnlich der Ausnehmung 42 _f in dem betreffenden Deckel vorgesehen sein.

Die geschilderte zweite Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, daß das in den Rohren 16 strömende Fluid eine längere Verweilzeit in dem Wärmetauscher hat, so daß es auf ein höheres Temperaturniveau erwärmt wird.

Der Wärmeübergang an die Rohre 16 kann selbstverständlich auch durch andere Maßnahmen verbessert werden. So ist es beispielsweise möglich, statt der Vollrohre 16 nur sogenannte Halbrohre zu verwenden, die auf das zentrale Abgasrohr 10 aufgeschweißt werden, so daß ein direkter Wärmefluß vom zentralen Abgasrohr zu dem Fluid erfolgen kann, das in den Rohren 16 strömt.

Statt der -Halbrohre kann selbstverständlich jedes andere offene Profil beliebigen Querschnitts verwendet werden. Es muß lediglich so ausgebildet sein, daß seine Kan-

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ten mit der Außenfläche des Ringrohres verschweißt werden können.

Der Wärmetauscher sollte im übrigen mit einem überdruckventil ausgerüstet sein. Vorzugsweise kann zwischen Wärmetauscher und Kamin noch eine Klappe angeordnet werden, die eineRückkühlung durch über den Kamin einströmende Kaltluft verhindern soll.

Selbstverständlich wird der Wärmetauscher auf geeignete Weise isoliert, um Wärmeverluste möglichst zu vermeiden.

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Claims (8)

PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER 18. Dezember 1979 K 12 818/7L Volker Reindl Dr.-Rehmstraße 25 8021 NEURIED (b. München) Abgas-Wärmetauscher Patentansprüche :

1.1 Abgas-Wärmetauscher mit einem zentralen Abgasrohr und einem das Abgasrohr koaxial umgebenden Mantelrohr, wobei der Ringraom zwischen Abgasrohr und Mantelrohr von einem Wärmetauscherfluid durchströmt ist, dadurch g e ■ kennzeichnet , daß um das Abgasrohr (10) herum im Ringraum (14) zum Abgasrohr (10) achsparallele Rohre (16) angeordnet sind, und daß der Ringraum (14) durch eine vordere und hintere Begrenzungsplatte (18, 20), die jeweils von den Rohren (16) durchsetzt wird, dicht abgeschlossen ist, und daß jeweils von Begrenzungsplatten (18, 20) und einem vorderen und hinteren Deckel (26, 28), der vom zentralen Abgasrohr (10) durchsetzt wird, eine vordere und hintere Kammer (30, 32) gebildet wird, in welche die Rohre (16) jeweils münden, und daß in den Kammern (30, 32) und Rohren (16) ein erstes Wärmetauscherfluid und im Ringraum (14) außerhalb der Rohre (16) ein zweites Wärmetauscherfluid zirkuliert.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Abgas-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (16) im Ringraum dicht angeordnet sind und ihr Durchmesser etwas kleiner ist als die lichte Weite des Ringraumes (14).

3. Abgas-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Zu- und Ableitung des ersten Wärmetauscherfluids durch die Deckel (26, 28) und Zu- und Ableitung des zweiten Wärmetauscherfluids durch das Mantelrohr (12) erfolgt.

4. Abgas-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Deckel nach Art eines Klöpperbodens gewölbt sind und mit den Begrenzungsplatten (18, 20) am Umfang verschraubt sind.

5. Abgas-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Deckel (26, 28) innere Aussparungen (40, 42) aufweisen, in die jeweils zwei benachbarte Rohre (16) münden und daß zwischen den Aussparungen (40, 42) Stege vorgesehen sind, die einen Fluidaustausch zwischen zwei benachbarten Rohren (16) weitgehend verhindern und daß der vordere und hintere Deckel (26, 28) um den Winkel eines Rohres (16) gegeneinander verdreht sind, so daß das erste Wärmetauscherf luid sämtliche Rohre (16) nacheinander durchströmt.

6. Abgas-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgasrohr (10) Schikanen (38) angeordnet sind.

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7. Abgas-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß im Rauchgasrohr (10) Verdrängungskörper angeordnet sind.

8. Abgas-Wärmetauscher nach einem der Ansprüohe 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (16) im Ringraum (14) einen offenen Querschnitt aufweisen und ihre Kanten mit der Außenfläche des Rauchgasrohres (10) verschweißt sind.

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