DE4141136C2 - Wärmeaustauschsystem zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser - Google Patents

Wärmeaustauschsystem zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser

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Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.
Mit Gas beheizte Geräte zur Erwärmung von Wasser sind seit langem bekannt. Zudem ist aus der EP 0.385.700 A1 in Wärme­ austauschsystem zur gleichzeitigen Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser bekannt, wobei über einen evtl. Brennwertbe­ trieb allerdings keine Angaben gemacht werden (unter Brenn­ wertbetrieb ist hierbei - wie allgemein üblich - die Nutzung der Kondensationswärme des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes durch ausreichend kalte Wärmeaustauschoberflä­ chen zu verstehen).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärme­ austauschsystem der genannten Art so zu gestalten, daß ein konsequenter Brennwertbetrieb ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die jeweils in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst. Die wärmeaustauschenden Flächen werden erfindungsgemäß so gestaltet, daß die Oberflächentemperatur auf der berippten Außenseite des Außenrohres so zu liegen kommt, daß der im Abgas enthaltene Wasserdampf an dieser Fläche kondensieren kann. Damit wird die Kondensationswärme nutzbringend gewonnen.
In der EP 0.133.604 A1 zwar bei einem ähnlichen Wärme­ austauschsystem u. a. auf die Rückgewinnung der Kondensati­ onswärme eingegangen, die erfindungsgemäßen Parameterbe­ reiche werden jedoch nicht offenbart.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Innenrohr auf der Außenseite statt einer Berippung eine Einfach- oder Kreuzrändelstruktur bei einer Rändelhöhe von 0,3-1,5 mm aufweisen.
Um die Wärmeübertragung am Rippenrohr weiter zu verbessern, wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Rippen gekerbt, geschlitzt oder abgekröpft sind.
Nach einer erfindungsgemäßen Alternative können Rippenrohr und/oder Innenrohr durch ein Wellrohr (Rohr mit konstanter Wanddicke) ersetzt werden.
Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der rotationssymmetrisch (zylindrisch bzw. kegelförmig) ausge­ bildete Brenner von einem wendelförmig bzw. kegelförmig gewickelten Wärmeaustauscher umgeben.
Um die vom zentralen Brenner ausgehende und zwischen den Außenrippen des Rippenrohres durchtretende Strahlung auf den Wärmeaustauscher zurückzuwerfen, wird vorzugsweise auf der brennerabgewandten Seite des Rippenrohres eine reflektie­ rende Wand installiert.
Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauschsy­ stem ein spezifisch sehr leistungsfähiger Kombinationswär­ meaustauscher zur Verfügung gestellt, der zudem kompakt ist und preiswert herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Wärmeaustauschers liegt darin, daß er bei entsprechender Konzeption des Wärmeaustauschsystems mit wenigen Handgriffen aus- und eingebaut werden kann, was sowohl der Reinigung wie einem eventuell erforderlichen Austausch nach einem Schadensfall entgegenkommt.
Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch den Brennraum eines gasbeheizten Wärmaustauschsystems,
Fig. 2a einen Längsschnitt durch den (gestreckt gedachten) Wärmeaustauscher und
Fig. 2b einen Querschnitt durch den Wärmeaustauscher.
In Fig. 1 ist schematisch der Teil eines gasbeheizten Wärme­ austauschsystems 1 gezeigt, in dessen Brennraum 2 ein zylindrischer Brenner 3 von einem Wärmeaustauscher 4 in Form eines wendelförmig gewickelten, auf der Außenseite berippten Rippenrohres 5 umgeben ist. Die austretenden Abgase sind mit 3′ bezeichnet. Der Aufbau des Wärmeaustauschers 4 im einzelnen ist in Fig. 2a/2b gezeigt. Im Rippenrohr 5 ist hier ein konzentrisches Innenrohr 6 angeordnet, so daß ein Ringraum 7 gebildet wird. Im Innenrohr 6 wird Brauchwasser (BW) geführt, während der Ringraum 7 vom Heizwasser (HW) im Gleich- oder Gegenstrom durchflossen wird. Um einen konse­ quenten Brennwertbetrieb zu ermöglichen, sind sowohl die Wärmeübertragungsfläche Abgas/Rippenrohr 5 als auch die übrigen drei Wärmeübertragungsflächen (Rippenrohr 5/Heizwasser (HW), Heizwasser (HW)/Innenrohr 6, Innenrohr 6/Brauchwasser (BW)) strukturiert. So weist das Rippenrohr 5 auf der Außenseite schraubenlinienförmig umlaufende Rippen 8 der Rippenhöhe HR auf, die Innenseite ist gewellt (Welltiefe w₁).
Das Innenrohr 6 ist hier ebenfalls mit schraubenlinienförmig umlaufenden Außenrippen 9 der Rippenhöhe hR dargestellt. Die Innenrippen des Innenrohres 6 sind mit 10 beziffert (Rippen­ höhe e). Alternativ kann die Innenseite mit der Welltiefe w₂ gewellt sein (nicht dargestellt).
Zur besseren Ausnutzung der zwischen den Außenrippen 8 des Rippenrohres 5 hindurchtretenden Strahlung ist auf der brennerabgewandten Seite des Rippenrohres 5 eine reflektie­ rende Wand 11 installiert. Diese kann sich direkt hinter dem Rippenrohr 5 und in Kontakt mit diesem befinden wie auch in einigem Abstand und als Brennraumwand ausgebildet sein.

Claims (8)

1. Wärmeaustauschsystem (1) zur gleichzeitigen Erwärmung von Heizwasser (HW) und Brauchwasser (BW), das in einem Brennraum (2) einen Brenner (3) aufweist, der seiner­ seits von einem wasserführenden Wärmeaustauscher (4) in Form eines gewickelten, auf der Außenseite berippten Rippenrohres (5) umgeben ist,
wobei im Rippenrohr (5) ein Innenrohr (6) angeordnet ist,
wobei im Innenrohr (6) Brauchwasser (BW) und im Ring­ raum (7) Heizwasser (HW) geführt ist
und wobei mindestens zwei der drei Wärmeübertragungs­ flächen (Rippenrohr (5)/Heizwasser (HW), Heizwasser (HW)/Innenrohr (6), Innenrohr (6)/Brauchwasser (BW) ) strukturiert bzw. berippt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rippenrohr (5) auf der Außenseite 5-20 schraubenlinienförmig umlaufende Rippen (8)/Zoll mit einer Rippenhöhe HR = 1,5-15 mm aufweist,
daß das Innenrohr (6) auf der Außenseite 5-20 schraubenlinienförmig umlaufende Rippen (9)/Zoll mit einer Rippenhöhe hR = 0,3-3,0 mm aufweist und
daß das Rippenrohr (5) und/oder das Innenrohr (6) jeweils auf der Innenseite 0,5-5 schraubenlinien­ förmig umlaufende Innenrippen (10) pro mm Rohrinnen­ durchmesser aufweisen, mit einer Rippenhöhe e = 0,1-0,6 mm und mit einem Drallwinkel von 15-45°.
2. Wärmeaustauschsystem (1) zur gleichzeitigen Erwärmung von Heizwasser (HW) und Brauchwasser (BW), das in einem Brennraum (2) einen Brenner (3) aufweist, der seiner­ seits von einem wasserführenden Wärmeaustauscher (4) in Form eines gewickelten, auf der Außenseite berippten Rippenrohres (5) umgeben ist,
wobei im Rippenrohr (5) ein Innenrohr (6) angeordnet ist,
wobei im Innenrohr (6) Brauchwasser (BW) und im Ring­ raum (7) Heizwasser (HW) geführt ist
und wobei mindestens zwei der drei Wärmeübertragungs­ flächen (Rippenrohr (5)/Heizwasser (HW), Heizwasser (HW)/Innenrohr (6), Innenrohr (6)/Brauchwasser (BW)) strukturiert bzw. berippt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rippenrohr (5) auf der Außenseite 5-20 schraubenlinienförmig umlaufende Rippen (8)/Zoll mit einer Rippenhöhe HR = 1,5-15 mm aufweist,
daß das Innenrohr (6) auf der Außenseite 5-20 schraubenlinienförmig umlaufende Rippen (9)/Zoll mit einer Rippenhöhe hR = 0,3-3,0 mm aufweist und
daß das Rippenrohr (5) und/oder das Innenrohr (6) jeweils auf der Innenseite gewellt sind mit 5-20 Wellen/Zoll bei einer Welltiefe w₁/w₂ = 0,07-0,7 mm.
3. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) auf der Außenseite statt einer Berippung eine Einfach- oder Kreuzrändelstruktur aufweist bei einer Rändelhöhe von 0,3-1,5 mm.
4. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (8) gekerbt, geschlitzt oder abgekröpft sind.
5. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rippenrohr (5) und/oder das Innenrohr (6) als Wellrohr ausgebildet sind.
6. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrisch ausgebildete Brenner (3) von einem wendelförmig bzw. kegelförmig gewickelten Wärmeaustau­ scher (4) umgeben ist.
7. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmig ausgebildete Brenner (3) von einem wendelförmig bzw. kegelförmig gewickelten Wärmeaustau­ scher (4) umgeben ist.
8. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der brennerabgewandten Seite des Rippenrohres (5) eine reflektierende Wand (11) angeordnet ist.
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