EP0026271B1

EP0026271B1 - Heat exchanger, particularly for gas or oil fired water heaters

Info

Publication number: EP0026271B1
Application number: EP80103781A
Authority: EP
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. Schmidt; Josef Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1980-07-03
Publication date: 1983-08-31
Also published as: DE3064696D1; YU230580A; ATE4558T1; ES495337A0; ES8200178A1; YU41943B; EP0026271A3; DE7927253U1; JPS5656583A; EP0026271A2

Abstract

1. A heat exchanger, especially for a gas or oil heated water heater, comprising at least one outer tube (11) conducting a first heat transfer medium and through which extends at least one inner tube (31) smaller in diameter for a second heat transfer medium which is in heat exchange relationship with the first transfer medium and further comprising means arranged at the periphery of the inner tube (31) for the clearance-free retention and guiding of the said tube within the outer tube (11), characterised in that, the means for the clearance-free retention and guiding of the inner tube (31) are formed by a rail (60) provided separately from the said tube and which forces the inner tube (31) unilaterally against the inner wall of the outer tube (11).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Wärmeübertrager nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein derartiger Wärmeübertrager bekannt, bei welchem die äusseren Rohre einen ovalen Querschnitt haben und zwei übereinanderliegende innere Rohre aufnehmen, welche zum Zweck der Abstandshaltung gegenüber dem äusseren Rohr und zum spiellosen Festhalten mit Noppen am Aussenumfang versehen sind (DE-A-2 742 820). Diese Anordnung bedingt eine nachträgliche Behandlung der inneren Rohre durch örtliche Verformung und neigt wegen der ungünstigen Querschnittsform des zwischen den Rohren gebildeten Längskanals für das erste Wärmeträgermedium zum Zusetzen dieses Kanals durch im Wärmeträgermedium mitgeführte Verunreinigungen.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of the main claim. Such a heat exchanger is already known, in which the outer tubes have an oval cross section and accommodate two superposed inner tubes which are provided with knobs on the outer circumference for the purpose of maintaining a distance from the outer tube and for holding without play (DE-A-2 742 820). This arrangement requires a subsequent treatment of the inner tubes by local deformation and, because of the unfavorable cross-sectional shape of the longitudinal channel formed between the tubes for the first heat transfer medium, tends to clog this channel due to contaminants carried in the heat transfer medium.

Diese Neigung ist besonders dann vorhanden, wenn aus dem Wärmeträgermedium ein hoher Kalkanteil ausfällt, der als Bindemittel für die von den Leitungsrohren abgelösten Rostteilchen wirkt. Als Folge einer ungenügenden Durchströmung des zwischen den Rohren gebildeten Längskanals können pulsierende Siedegeräusche am Wärmeübertrager auftreten. Bei Wärmeübertragern mit beiderseits an Bodenblechen von Umlenk- oder Sammelkammern angelöteten äusseren Rohren kann es ferner im Extremfall zum Ermüdungsbruch der Bodenbleche kommen.This tendency is particularly present when a high proportion of lime precipitates from the heat transfer medium, which acts as a binder for the rust particles detached from the line pipes. As a result of insufficient flow through the longitudinal channel formed between the tubes, pulsating boiling noises can occur at the heat exchanger. In heat exchangers with outer tubes soldered on both sides to the bottom plates of deflection or collecting chambers, fatigue fracture of the bottom plates can also occur in extreme cases.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemässe Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Längskanal für das erste Wärmeträgermedium infolge der einseitigen Anlage des oder der inneren Rohre an der Innenwand des äusseren Rohres ein kompakteres Querschnittsprofil hat und daher weniger zum Zusetzen neigt als ein Längskanal, der zwischen einem äusseren Rohr und allseitig im Abstand zu dessen Innenwand gehaltenen inneren Rohren gebildet ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die inneren Rohre keine Vorsprünge benötigen, so dass ein zusätzlicher Arbeitsgang zu deren Bildung entfällt.The arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the longitudinal channel for the first heat transfer medium has a more compact cross-sectional profile due to the one-sided abutment of the inner tube or tubes on the inner wall of the outer tube and therefore tends to clog less than a longitudinal channel. which is formed between an outer tube and on all sides at a distance from the inner wall held inner tubes. Another advantage is that the inner tubes do not require protrusions, so that an additional step to form them is not necessary.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.The measures listed in the subclaims permit advantageous developments and improvements of the arrangement specified in the main claim.

Bei Wärmeübertragern, die als Lamellenblock ausgebildet am oberen Ende eines Verbrennungsschachtes sitzen, der über einem mit offener Flamme arbeitenden Brenner angeordnet ist, ist es besonders vorteilhaft, die Schienen in dem dem Verbrennungsschacht zugekehrten unteren Bereich der äusseren Rohre vorzusehen. Dadurch ist erreicht, dass gerade im Hauptbereich der Wärmeübertragung ein grösserer Strömungsraum für das erste Wärmeträgermedium vorhanden ist.In the case of heat exchangers which are formed as a lamella block at the upper end of a combustion shaft which is arranged above a burner working with an open flame, it is particularly advantageous to provide the rails in the lower region of the outer tubes facing the combustion shaft. This ensures that there is a larger flow space for the first heat transfer medium in the main area of heat transfer.

Ein guter zusätzlicher Wärmeübergang an die inneren Rohre ergibt sich, wenn die Schienen mit einer der Rundform des benachbarten inneren Rohres entsprechenden konkaven Auflagefläche für dieses Rohr versehen sind.A good additional heat transfer to the inner tubes is obtained if the rails are provided with a concave bearing surface for this tube which corresponds to the round shape of the adjacent inner tube.

Die Schienen können an das äussere Rohr angeformt oder für sich als nachträglich einsteckbare Einzelteile ausgebildet sein. In diesem Fall ist es zur Erreichung eines guten Wärmeüberganges vorteilhaft, wenn die Schienen auch mit einer der Innenwand des äusseren Rohres angepassten konvexen Auflagefläche versehen sind.The rails can be molded onto the outer tube or can be designed as individual parts that can be inserted subsequently. In this case, in order to achieve good heat transfer, it is advantageous if the rails are also provided with a convex contact surface which is adapted to the inner wall of the outer tube.

Die Schienen werden zweckmässig so geformt, dass sie nicht verdreht eingeschoben werden und beim Einschieben nicht ausweichen können. Bei Wärmeübertragern, deren äussere Rohre an beiden Stirnseiten in Bodenbleche von Umlenk- oder Sammelkammern eingelötet sind, ist es zweckmässig, die Schiene erst nach dem Verlöten der Rohre mit den Bodenblechen zwischen die Rohre zu schieben.The rails are appropriately shaped in such a way that they cannot be inserted twisted and cannot deflect when inserted. In heat exchangers, the outer tubes of which are soldered into the bottom plates of deflection or collecting chambers on both end faces, it is expedient to push the rail between the tubes only after the tubes have been soldered to the bottom plates.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Seitenansicht des Wärmeübertragers und Figur 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Figur 1. In Figur 3 ist anhand eines Querschnitts durch die ineinandergesteckten Rohre des Wärmeübertragers in vergrössertem Massstab die bisherige Ausführung veranschaulicht, während Figur 4 in entsprechender Weise die erfindungsgemässe Anordnung zeigt. In Figur 5 ist ein Querschnitt durch eine der Schienen zwischen den äusseren und inneren Rohren des Wärmeübertragers dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows a side view of the heat exchanger and FIG. 2 shows a section along the line 11-11 in FIG. 1. In FIG. 3, the previous embodiment is illustrated on an enlarged scale by means of a cross section through the nested tubes of the heat exchanger, while FIG. 4 in a corresponding manner shows the arrangement according to the invention. FIG. 5 shows a cross section through one of the rails between the outer and inner tubes of the heat exchanger.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

DerWärmeübertragerhateinen Lamellenblock 10, durch den sechs Heizwasserrohre 11 hindurchgeführt sind. Die einzelnen Lamellen des Lamellenblocks 10 sind an den Durchführungslöchern mit Kragen 12 versehen, mit denen sie an den Heizwasserrohren 11 angelötet sind. Die Enden der Heizwasserrohre 11 sind an beiden Stirnseiten des Lamellenblockes 10 in je eine Bodenplatte 13 eingelötet, die als gezogenes Blechteil mit hochgestelltem Flanschrand 14 ausgeführt ist. Die Bodenplatten 13 beider Lamellenblockseiten haben die gleiche Form, was die Fertigung und Lagerhaltung vereinfacht.The heat exchanger has a fin block 10 through which six heating water pipes 11 are passed. The individual lamellae of the lamella block 10 are provided with collars 12 at the through-holes with which they are soldered to the heating water pipes 11. The ends of the heating water pipes 11 are soldered on both ends of the lamella block 10 in a base plate 13, which is designed as a drawn sheet metal part with a raised flange 14. The bottom plates 13 of both slat block sides have the same shape, which simplifies production and storage.

Auf die in Figur 2 linke Bodenplatte 13 ist eine Deckelplatte 16 aufgesetzt, die ebenfalls als gezogenes Blechteil mit Flanschrand 17 ausgeführt und an diesem mit der Bodenplatte 13 dicht verschweisst ist. Die Deckelplatte 16 hat eine sickenförmige Vertiefung 18, die an einer kleinen Erhöhung 19 der Bodenplatte 13 unter Spannung, jedoch ohne feste Verbindung, anliegt und mit dieser Erhöhung 19 eine Labyrinthdichtung zwischen den Kammern 20 und 21 bildet. In die Kammer 20 münden die in Figur 1 oberen drei Heizwasserrohre 11 ein, während die Kammer 21 die Mündungen der unteren drei Heizwasserrohre 11 umschliesst. Die in der Zeichnung rechts liegende Bodenplatte 13 bildet mit einer Deckelplatte 22 eine Kammer 23, in die alle sechs Heizwasserrohre 11 einmünden. Die Kammer 20 ist mit einem Anschlussstutzen 24 (Figur 1) für eine Heizungsvorlaufleitung und die Kammer 21 mit einem Anschlussstutzen 25 für eine Heizungsrücklaufleitung versehen. In der Kammer 23 wird das über die Kammer 21 zugeführte und in die unteren drei Heizwasserrohre 11 geleitete Heizwasser umgelenkt in die oberen drei Heizwasserrohre 11, von wo das Wasser über die Kammer 20 in die Heizungsvorlaufleitung gelangt.A cover plate 16 is placed on the left base plate 13 in FIG. 2, which is also designed as a drawn sheet metal part with flange edge 17 and is welded tightly to the base plate 13 thereon. The cover plate 16 has a bead-shaped recess 18 which bears against a small elevation 19 of the base plate 13 under tension, but without a fixed connection, and forms a labyrinth seal between the chambers 20 and 21 with this elevation 19. The above in FIG. 1 opens into the chamber 20 Ren three heating water pipes 11, while the chamber 21 encloses the mouths of the lower three heating water pipes 11. The bottom plate 13 on the right in the drawing forms a chamber 23 with a cover plate 22, into which all six heating water pipes 11 open. The chamber 20 is provided with a connection piece 24 (FIG. 1) for a heating flow line and the chamber 21 with a connection piece 25 for a heating return line. In the chamber 23, the heating water supplied via the chamber 21 and directed into the lower three heating water pipes 11 is diverted into the upper three heating water pipes 11, from where the water reaches the heating flow line via the chamber 20.

Innerhalb der Heizwasserrohre 11 erstrecken sich im Durchmesser kleinere Brauchwasserrohre 31, die ausserhalb der Heizwasserrohre 11 durch Krümmer 32 und 33 verbunden sind, welche innerhalb der Kammern 20, 21 und 23 angeordnet und dadurch vom Heizwasser umspült sind. Die Krümmer 33 sind einstückig an die Brauchwasserrohre 31 angeformt, während die Krümmer 32 an diese Rohre angelötet sind. Die Brauchwasserrohre 31 und die Krümmer 32 und 33 bilden eine zweilagige Brauchwasserrohrschlange mit einem Vorlaufstrang 34, der in Figur 1 als linke senkrechte Rohrreihe erscheint, und einen Rücklaufstrang 35, der in Figur 2 oben liegt und dort den Vorlaufstrang 34 verdeckt. Die Anschlussenden 37 und 38 der beiden Stränge 34 und 35 sind so abgekröpft und so lang ausgeführt, dass sie die Deckelplatte 16 mit Abstand durchsetzen und eine einwandfreie Lötung ermöglichen. Im Bereich der Anschlussenden 37 und 38 hat die Deckelplatte 16 an ihrer Kopfseite 41 einen vertieften Abschnitt 42 zum platzsparenden Unterbringen von Nippeln 43 und 44, welche an den Anschlussenden 37 und 38 angelötet sind. Die gegenüberliegenden, in der Kammer 20 sich befindenden Enden der beiden Stränge 34 und 35 der Brauchwasserrohrschlange sind ebenfaiis auseinandergekröpft und über einen 180°-Krümmer 45 miteinander verbunden, der ebenfalls vom Heizwasser umspült ist.Extending inside the heating water pipes 11 are smaller domestic water pipes 31, which are connected outside the heating water pipes 11 by elbows 32 and 33, which are arranged inside the chambers 20, 21 and 23 and are therefore washed by the heating water. The elbows 33 are integrally formed on the service water pipes 31, while the elbows 32 are soldered to these pipes. The process water pipes 31 and the elbows 32 and 33 form a two-layer process water pipe coil with a flow line 34, which appears in FIG. 1 as the left vertical pipe row, and a return line 35, which is at the top in FIG. 2 and covers the flow line 34 there. The connection ends 37 and 38 of the two strands 34 and 35 are bent and made so long that they penetrate the cover plate 16 at a distance and allow perfect soldering. In the area of the connection ends 37 and 38, the cover plate 16 has on its head side 41 a recessed section 42 for space-saving accommodation of nipples 43 and 44, which are soldered to the connection ends 37 and 38. The opposite ends of the two strands 34 and 35 of the process water pipe coil, which are located in the chamber 20, are also cranked apart and connected to one another via a 180 ° elbow 45, which is also flushed with the heating water.

Die beiden jeweils in einem Heizwasserrohr 11 steckenden Brauchwasserrohre 31 werden durch bestimmte Mittel spiellos im Heizwasserrohr 11 gehalten und geführt. Bei der bekannten Ausführung sind diese Mittel durch Noppen 58 (Figur 3) gebildet, welche an die Brauchwasserrohre 11 spanlos angeformt sind. Beim Wärmeübertrager nach der vorliegenden Erfindung ist zu diesem Zweck in jedem Heizwasserrohr 11 eine Schiene 60 (Figur4 und 5) vorgesehen, die als Einzelteil ausgebildet vor dem endgültigen Zusammenlöten der Teile zwischen die Rohre 11 1 und 31 gefügt ist. Die Schiene 60 drückt über das untenliegende Brauchwasserrohr 31 das obenliegende an die Innenwand des Heizwasserrohres 11 spiellos an.The two hot water pipes 31, each in a heating water pipe 11, are held and guided without play in the heating water pipe 11 by certain means. In the known embodiment, these means are formed by knobs 58 (FIG. 3), which are molded onto the service water pipes 11 without cutting. In the heat exchanger according to the present invention, a rail 60 (FIGS. 4 and 5) is provided for this purpose in each heating water pipe 11, which rail is formed as an individual part before the parts are finally soldered together between the pipes 11 1 and 31. The rail 60 presses the overhead on the inner wall of the heating water tube 11 without play via the service water pipe 31 located below.

Durch eine besondere Ausbildung der Schiene 60 werden die Brauchwasserrohre 31 spiellos in der Mittelebene des Heizwasserrohres 11 gehalten und ausserdem wird vermieden, dass die Schiene verdreht eingesetzt werden kann. Zu diesen Zwecken hat die Schiene 60 eine konkave Auflagefläche 62 für das benachbarte Brauchwasserrohr 31 und eine konvexe Auflagefläche 64, mit welcher sie sich an der Innenwand des Heizwasserrohres 11 abstützt. Ferner ist die Breite B der Schiene 60 grösser als ihre Höhe H bemessen, welche dem Längenunterschied zwischen der in Längsrichtung gemessenen lichten Weite des Heizwasserrohres 11 und dem doppelten Aussendurchmesser der Brauchwasserrohre 31 entspricht. Die gewölbten Auflageflächen 62 und 64 der Schiene halten die Teile gegen seitliches Verschieben bzw. Kippen fest und sorgen gleichzeitig für einen guten Wärmeübergang vom Heizwasserrohr 11 1 zu den Brauchwasserrohren 31.Due to a special design of the rail 60, the process water pipes 31 are held without play in the central plane of the heating water pipe 11 and, moreover, it is avoided that the rail can be inserted twisted. For these purposes, the rail 60 has a concave bearing surface 62 for the adjacent process water pipe 31 and a convex bearing surface 64 with which it is supported on the inner wall of the heating water pipe 11. Furthermore, the width B of the rail 60 is larger than its height H, which corresponds to the length difference between the clear width of the heating water pipe 11 measured in the longitudinal direction and twice the outside diameter of the service water pipes 31. The curved support surfaces 62 and 64 of the rail hold the parts against lateral displacement or tilting and at the same time ensure good heat transfer from the heating water pipe 11 1 to the service water pipes 31.

Die Schiene 60 ist als gezogenes, dünnwandiges Hohlteil ausgebildet. Sie könnte aber auch aus Vollmaterial bestehen und z.B. ein Doppel-T-Profil miteinem einzigen Steg sein. Durch die Anordnung einer einzigen Schiene 60 in jedem Heizwasserrohr 11 und die einseitige Anlage des einen Brauchwasserrohres 31 an der Innenwand des Heizwasserrohres 11 wird ein Hohlraum 66 (Figur 4) gebildet, durch den das Heizwasser mit geringerem Druckverlust als durch die beiden spaltförmigen Hohlräume 68 (Figur 3) der bekannten Ausführung hindurchtreten kann.The rail 60 is designed as a drawn, thin-walled hollow part. However, it could also consist of solid material and e.g. be a double-T profile with a single web. The arrangement of a single rail 60 in each heating water pipe 11 and the one-sided abutment of the one domestic hot water pipe 31 on the inner wall of the heating water pipe 11 form a cavity 66 (FIG. 4) through which the heating water with less pressure loss than through the two gap-shaped cavities 68 ( Figure 3) can pass through the known embodiment.

Der Zusammenbau des Wärmeübertragers geht einfach so vor sich, dass zunächst die Lamellen und die Bodenplatten 13 mit den Heizwasserrohren 11 verlötet und dann die über die Krümmer 33 paarweise verbundenen Brauchwasserrohre 31 von der Seite der Umlenkkammer 23 her in die Heizwasserrohre 11 eingeschoben werden. Danach werden die Krümmer 32 und 45 an die freien Enden der Abschnitte 31 angelötet und danach die Schienen 60 in die Heizwasserrohre 11 eingeschoben und darin durch geeignete Mittel, z.B. durch Verquetschen ihrer aus den Heizwasserrohren 11 herausragenden Enden gegen axiales Verschieben gesichert. Als nächstes werden die Deckelplatten 16 und 22 auf die Bodenplatten 13 aufgesetzt und mit diesen am Rande verschweisst. Dabei kommt die Vertiefung 18 in der Deckelplatte 16 zur Anlage an die Erhöhung 19 der Bodenplatte 13, so dass ohne zusätzliche Massnahmen die beiden Kammern 20 und 21 gebildet und ausreichend gegeneinander abgedichtet werden. Zum Schluss werden jeweils in einem Arbeitsgang die Anschlussenden 37 und 38 der Brauchwasserrohrschlange mit der Deckelplatte 16 und den Nippeln 42 und 43 verlötet. Dabei sorgt die Deckelplatte 22 dafür, dass die Anschlussenden 37 und 38 nicht gegen den Lamellenblock 10 hin ausweichen können.The heat exchanger is assembled in such a way that first the fins and the base plates 13 are soldered to the heating water pipes 11 and then the service water pipes 31 connected in pairs via the elbows 33 are pushed into the heating water pipes 11 from the side of the deflection chamber 23. Thereafter, the elbows 32 and 45 are soldered to the free ends of the sections 31 and then the rails 60 are inserted into the heating water pipes 11 and inserted therein by suitable means, e.g. secured by pinching their ends protruding from the heating water pipes 11 against axial displacement. Next, the cover plates 16 and 22 are placed on the base plates 13 and welded to the edge thereof. The recess 18 in the cover plate 16 comes to bear against the elevation 19 of the base plate 13, so that the two chambers 20 and 21 are formed and adequately sealed against one another without additional measures. Finally, the connection ends 37 and 38 of the process water pipe coil are soldered to the cover plate 16 and the nipples 42 and 43 in one operation. The cover plate 22 ensures that the connection ends 37 and 38 cannot diverge against the lamella block 10.

Claims

2. A heat exchanger according to claim 1, the outer tubes (11) of which have an oval cross-section and contain two inner tubes (31) lying adjacent one another or one above the other, characterised in that, the rail (60) is arranged in the cross-sectional long axis of the outer tube (11) between its inner wall and that of an inner tube (31) and through the latter forces the other inner tube (31) against the opposite inner wall section of the outer tube (11).

3. A heat exchanger according to claim 1 or 2, which is mounted as a finned unit (10) at the upper end of a combustion stack which is fixed above a burner operating with a naked flame, characterised in that, the rails (60) are arranged in the lower region of the outer tube (11) facing the combustion stack.

4. A heat exchanger according to one of the preceding claims, characterised in that, the rails (60) are provided with a concave supporting surface (62) corresponding to the circular shape of the inner tube (31

5. A heat exchanger according to one of the preceding claims, characterised in that, the rails (60) are formed as individual parts made separately from the outer tube (11) and insertable into the intermediate space between the tubes.

6. A heat exchanger according to claim 4 and 5, characterised in that, the rails (60) are provided with convex supporting surfaces (64) matching the inner wall of the outer tube (11).

7. A heat exchanger according to claim 6, characterised in that, the width (B) of the supporting surfaces of the rails (60) is so selected that the rails (60) can only be inserted between the tubes (11,31) in the previously described position.

8. A heat exchanger according to claim 6 or 7, characterised in that, the rails (60) have a double-T profile.

9. A heat exchanger according to claim 8, characterised in that, the rails (60) are formed as a double-T profile with two webs between the supporting surfaces (62, 64) arranged at a distance from one another.