DE2951487A1 - Central heating flue for waste heat recovery - has ring segments with channels inside forming two circuits linked between alternate segments to preheat boiler feed and service water - Google Patents
Central heating flue for waste heat recovery - has ring segments with channels inside forming two circuits linked between alternate segments to preheat boiler feed and service waterInfo
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Abstract
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.The invention relates to an exhaust gas heat exchanger with a central exhaust pipe and a coaxial exhaust pipe surrounding casing pipe, the annular space between the exhaust pipe and casing pipe flowing through a heat exchanger fluid is.
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.Such an exhaust gas heat exchanger is already known. For better heat transfer to the in the annulus between Exhaust pipe and jacket pipe circulating fluid are several axially parallel pipes of smaller diameter in the annulus arranged, which are in communication with the interior of the exhaust pipe via a front and rear chamber. Will be in Main cross-section of the exhaust pipe, a throttle is closed, the flue gas flows more intensely through the arranged in the annular space Tubes and heats the heat exchange fluid. The heat exchanger is installed between the boiler and the chimney and connected to either the heating water or the service water circuit. It is considered disadvantageous that In order to ensure a reasonably effective heat transfer, the flow cross-section of the exhaust pipe is throttled must be, whereby the draft of the burner is reduced and the combustion efficiency is deteriorated. A further disadvantage is that only a single heat exchanger fluid can be heated. With the well-known central heating systems there are usually two separate circuits, the heating water circuit and the domestic hot water circuit. It would be advantageous if the usable portion of the waste heat could be fed to both circuits.
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-It has also already been proposed in the flue gas exhaust pipe insert a number of interconnected individual annular chambers between the boiler and chimney. Each of the Annular chambers have an inlet and an outlet and the flow is circular through built-in partition walls. As a result of the annular chambers arranged one behind the other,
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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.This is followed by an approximately spiral flow around the flue gas duct. For a second heat exchange fluid system, a second set of annular chambers can be used after the first set on the Available length can be arranged. However, such a system has the disadvantage of being relatively expensive Assembly, since each ring chamber represents an independent part, there are also material consumption and thus the Costs considerably. Finally, the two systems are arranged in a row over the length of the flue gas exhaust pipe unsatisfactory, since the system installed last only has a much smaller temperature gradient is available.
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. The invention is based on the object of an exhaust gas heat exchanger to create, which is suitable for two separate heat exchange fluid systems and beyond should be of the simplest construction and easy to assemble.
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.According to the invention, this object is achieved by a heat exchanger with the features specified in the characterizing part of the main claim solved. Such a heat exchanger has the particular advantage that both heat exchanger fluid systems are the same Remove heat from the section of the flue gas pipe so that you do not have to rely on an excessive length of the flue gas pipe. The basic element of the new heat exchanger, namely the central exhaust pipe with jacket pipe and the one arranged in the annulus Intermediate pipes can be produced in standard lengths and only cut to specific installation dimensions on site will. The insertion or welding of the boundary plates and putting on the cover can be done during final assembly take place so that the available distance of the flue gas exhaust pipe can be used optimally.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durch-According to an advantageous further development of the invention,
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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.the first heat exchange fluid flows through each The chambers formed by the cover and limiting plate, as well as the tubes arranged in the annular space, the second heat exchanger fluid system flows in the annulus outside of the pipes arranged therein.
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.The invention can be developed to the extent that the cover can also be designed so that the fluid flowing out of an intermediate pipe is deflected and reintroduced into the adjacent intermediate pipe. The fluid thus flows through one pipe after the other and heats up as a result of the high mean Dwell time correspondingly strong.
Weitere Fortbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further developments of the invention are specified in the subclaims.
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.The main advantages of the invention are the almost unlimited possibility of adaptation to special installation conditions, as well as seen in the simple construction and correspondingly simple production.
Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:The following is an embodiment of the invention based on the accompanying drawing, for example, described. Show in it:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Wärmetauscher,1 shows a schematic longitudinal section through the heat exchanger,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie I-I,Fig. 2 shows a cross section along the line I-I,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie II - II und3 shows a cross section along the line II - II and
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie Hl-Illin Fig.FIG. 4 shows a section along the line III -I.
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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.The heat exchanger consists of a central flue gas pipe 10, a Coaxially arranged jacket tube 12 and in the annular space 14 between central smoke pipe 10 and jacket pipe 12 arranged axially parallel Pipes 16. The pipes 16 are close together and touch the outer surface of the central flue gas pipe. Between the inner surface of the jacket pipe and the pipes, a small gap remains for fluid exchange or mixing. The pipes can go through perforated bars are fixed.
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.The flue gas pipe 10 is provided with suitable flanges or nozzles in order to connect to the standardized, coming from or to the boiler Chimney leading flue gas pipe sections to be connected (these flanges are not shown). The pipes in the Annular space 14 are shorter than the central flue gas pipe 10 and are at both ends by a front and rear delimitation plate 18, 20 carried out. The implementation is liquid-tight, which can be achieved either by means of appropriate rubber seals, or by welding and soldering can be done. The flue gas pipe 10 also penetrates the delimitation plates 18, 20. Together with the jacket pipe section 12, a tight annular chamber is thus formed through which only the tubes 16 pass. In the ring chamber opens a fluid inlet 22, a corresponding outlet leads out of her again. This annular chamber can, for example can be flowed through by hot water.
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 zugeleitetA curved cover 26, 28 is placed on each of the front and rear ends of the heat exchanger. The edge of the Lid can, as indicated by dash-dotted lines, with the delimitation plates 18, 20 and optionally with an am End of the jacket tube 12 formed flange are screwed pressure-tight. Both covers 26, 28 are from the central Flue gas pipe penetrated sealingly. The leadthrough is preferably welded through the cover. This creates in each case a front and a rear chamber 30, from which the fluid of the second system is fed
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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).or is discharged. The fluid enters the chamber 32 via inlet 34, flows through all tubes 16 in the same direction, collects in chamber 30 and exits from drain 36 again. In the embodiment shown, it circulates in this system the heating water (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.In order to improve the heat transfer from the flue gas into the annular space, the free cross-section in the flue gas pipe 10 narrowing baffles 38 may be attached. These baffles ensure better turbulence and thus for you higher heat transfer coefficient. Instead of harassment, other measures can of course also be taken are, for example, hub-shaped displacement bodies be installed or baffles can be provided, which cause a spiral flow of the flue gas. In this In this case, however, it should be ensured that the inserts can be removed for cleaning. With exhaust pipes running over a corner this is easily possible.
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-Since the pipes 16 have only a slight direct thermal contact with the inner exhaust pipe 10 and thus the heat given off to the fluid flowing in the tubes 16 is not too great, according to a second Embodiment of the invention, the pipes 16 are flowed through one after the other. D? Zu is just one a different design of the cover 26, 28 is required. A view of such a cover is shown in FIG. As can be seen in connection with FIG. 4, the cover 28, at least in the embodiment shown, Made of solid material, in which certain recesses 40 are made. The recesses 40 each have such dimensions that two of the tubes 16 each open into a recess 40 (cf. also FIG. 3). The webs between the recesses 40 lie tightly against the respective delimitation plate 18 or 20 and prevent over-
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treten des in den Rohren 16 strömenden Mediums.occur in the flowing medium in the tubes 16.
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.As a result of this modified cover, the fluid flowing in through the inlet 34 can no longer be distributed over all the tubes 16, but is sent into one of the tubes 16 via a somewhat smaller recess 42. After passing through a pipe length, the fluid is correspondingly deflected in a chamber 40 located in the other cover and flows back through the adjacent pipe, whereupon a new deflection takes place and immediately until the last pipe 16 has flowed through. If an uneven number of tubes are arranged in the annular space 14, the inlet 34 and outlet 36 are each located in a cover. If the number of pipes is even, the inlet and outlet can also be arranged in one and the same cover. In this case, however, a second, smaller recess, similar to the recess 42 f, must be provided in the relevant cover.
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.The described second embodiment has the particular advantage that the fluid flowing in the tubes 16 is a has a longer residence time in the heat exchanger, so that it is heated to a higher temperature level.
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.The heat transfer to the tubes 16 can of course can also be improved by other measures. For example, instead of the full tubes 16, it is possible to use only so-called To use half-pipes, which are welded onto the central exhaust pipe 10, so that a direct Heat can flow from the central exhaust pipe to the fluid flowing in the pipes 16.
Statt der -Halbrohre kann selbstverständlich jedes andere offene Profil beliebigen Querschnitts verwendet werden. Es muß lediglich so ausgebildet sein, daß seine Kan-Instead of the half-tubes, any other open profile of any cross-section can of course be used. It just has to be designed in such a way that its channels
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ten mit der Außenfläche des Ringrohres verschweißt werden können.th can be welded to the outer surface of the ring pipe.
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.The heat exchanger should also have a pressure relief valve be equipped. A flap can preferably be arranged between the heat exchanger and the chimney, which is intended to prevent re-cooling by cold air flowing in through the chimney.
Selbstverständlich wird der Wärmetauscher auf geeignete Weise isoliert, um Wärmeverluste möglichst zu vermeiden.Of course, the heat exchanger is insulated in a suitable manner in order to avoid heat losses as far as possible.
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- 1979-12-20 DE DE19792951487 patent/DE2951487A1/en not_active Ceased
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