DE1274310B - Umlauferhitzer mit Brauchwasserbereitung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F24h

Deutsche Kl.: 36 c -10/08

Nummer: 1274 310

Aktenzeichen: P 12 74 310.1-16 (R 43604)

Anmeldetag: 1. Juli 1966

Auslegetag: 1. August 1968

Die Erfindung betrifft einen Umlauferhitzer mit Brauchwasserbereitung, der durch einen mit gasförmigem oder vergastem flüssigem Brennstoff betriebenen Brenner beheizt ist, mit nebeneinander angeordneten, aus strömungsmäßig voneinander getrennten, jedoch miteinander in Wärmeaustausch stehenden Kanälen für das Heiz- und Brauchwasser bestehenden Kanalgruppen.

Bei derartigen Umlauferhitzern ist es bekannt, um einen Heizschacht zwei getrennte Rohrschlangen außen herumzuführen und diese durch Eingießen in Aluminium oder durch Löten thermisch miteinander zu koppeln. Hierbei sind jedoch die Rohre nur auf der Innenseite der Rohrschlange von den Verbrennungsgasen beaufschlagt, so daß eine verhältnismäßig große und damit aufwendige Wärmetauschfläche vorgesehen werden muß. Auch wird bei dieser Anordnung das Brauchwasser etwa ebenso stark erwärmt wie das Heizwasser, was im allgemeinen nicht erwünscht ist. Bei einem anderen bekannten Umlauferhitzer sind zwei getrennte, spiralig ansteigende Rohre um den Heizschacht geführt, die diesen in seinem oberen Teil durchqueren und sich dabei, eng aneinandergelegt, berühren, wobei zur Vergrößerung der Berührungsfläche die Rohrquerschnitte halbelliptisch ausgebildet sind. Hier findet ein intensiver Wärmeaustausch zwischen den beiden Rohren nur an den Stellen enger Berührung statt. Auch bei dieser Ausführung werden die verschiedene Flüssigkeiten führenden Rohre in etwa gleicher Weise von den Verbrennungsgasen beaufschlagt, so daß je nach Betriebsart in ungünstigen Fällen innerhalb des jeweils ruhenden Wassersystems Siedetemperaturen erreicht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Betriebsergebnisse zu verbessern und einen Umlauferhitzer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem unter Vermeidung eines besonderen konstruktiven Aufwandes das Heizwasser stärker erwärmt wird als das Brauchwasser, ohne daß in dem gerade nicht betriebenen Wasserkreis Siedetemperaturen erreicht werden.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß die Kanalgruppen als Dreifachkanäle ausgebildet sind, derart, daß der Brauchwasserkanal jeweils zwischen zwei Heizwasserkanäle eingebettet ist, wobei die genannten drei Kanäle so gelagert sind, daß sie, in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase gesehen, hintereinander liegen.

Durch diese Art der Kanalanordnung sind die Heiz-Wasserkanäle von den Verbrennungsgasen stärker beaufschlagt als der Brauchwasserkanal, so daß sich Umlauferhitzer mit Brauchwasserbereitung

Anmelder:

Runtaltherm A. G., Glarus (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Durm, Patentanwalt,

7500 Karlsruhe, Felix-Mottl-Str. 1 a

Als Erfinder benannt:

Gerhard Standke, 7503 Neuraut

hohe Temperaturen im Heizwasserkreis erzielen lassen, ohne daß die Gefahr einer Überhitzung und damit eines Ausfällens des im Brauchwasser gelösten Kalks besteht.

Es sind zwar Rohrstränge für Wärmeaustauscher bekannt, die aus drei Einzelrohren im Querschnitt gesehen sektorförmig zusammengesetzt sind. Dadurch läßt sich je nach Lage des Rohrstranges zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase eine bevorzugte Beheizung von einem oder zweien der drei Einzelrohre erreichen, jedoch ist die Herstellung dieser Rohrstränge mit verhältnismäßig großem Aufwand verbunden, ohne daß eine gute thermische Verbindung zwischen den einzelnen Rohren mit Sicherheit erzielbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die zwei Heizwasserkanäle in an sich bekannter Weise parallel in den Umlauf des Heizwassers eingeschaltet sind. Dadurch ergibt sich ein geringer Strömungswiderstand für das Heizwasser.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Dreifachkanäle in einer waagerechten Ebene oberhalb eines röhrenförmigen Gasbrenners angeordnet. Diese Anordnung läßt eine niedere Bauhöhe des Umlauferhitzers zu und gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung der Dreifachkanäle über deren gesamte Länge.

Die Kanalgruppen können aus einem einstückig gefertigten und zu einer mäanderförmigen Rohrschlange gebogenen Dreifachkanal gebildet sein. Bei einem solchen in einem Arbeitsgang durch Fließoder Strangpressen in rationeller Weise hergestellten Dreifachkanal stehen die drei Kanäle in einer besonders innigen thermischen Verbindung miteinander. Mäanderförmig gebogen, läßt sich die Rohrschlange ohne Schwierigkeiten einem röhrenförmigen, einen

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rechteckigen Grundriß einnehmenden Gasbrenner leicht anpassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die als Dreifachkanäle ausgebildeten Kanalgruppen aus gleichlangen geraden und parallel nebeneinander angeordneten Abschnitten, und die Enden der Heizwasserkanäle und des Brauchwasserkanals der einzelnen Abschnitte sind durch angesetzte Krümmer miteinander verbunden. Dabei kann unterhalb und parallel zu jedem Abschnitt eines Dreifachkanals ein diesem zur Beheizung dienendes Brennerrohr eines Gasbrenners angeordnet sein. Hierbei entspricht die Leistung des Brennerrohres zweckmäßig der Belastbarkeit des Abschnittes des Dreifachkanals. Ein derart aufgebauter Umlauferhitzer besteht somit aus einer Anzahl gleicher Bauelemente, nämlich geraden Abschnitten des Dreifachkanals und zugehörigen Krümmern sowie Brennerrohren, aus denen sich in vorteilhafter Weise Geräte von unterschiedlicher und der Anzahl ao und Größe der zu beheizenden Räume anpaßbarer Wärmeleistung nach dem Baukastensystem aufbauen lassen.

In vorteilhafter Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens können zur Erreichung der höchstmög- liehen Vorlauftemperatur bei der Erwärmung des Heizwassers die Heizwasserkanäle je zweier benachbarter Abschnitte des Dreifachkanals mittels kurzer Krümmer und langer Krümmer über Kreuz miteinander verbunden sein. Auf Grund dieser Anordnung durchfließt jeder Teil des Heizwassers der parallel in den Umlauf des Heizwassers geschalteten Heizwasserkanäle abwechselnd einmal den oberen und anschließend den unteren, dem Brenner benachbart liegenden Heizwasserkanal der aufeinanderfolgenden Abschnitte des Dreifachkanals, wodurch eine sehr gleichmäßige Erwärmung der beiden Heizwasserteilströme erzielt wird.

Zweckmäßig sind die Querschnitte des unteren Heizwasserkanals, des Brauchwasserkanals und des oberen Heizwasserkanals gleichgroß ausgebildet. Auf diese Weise steht dem Heizwasser im Umlauferhitzer ein Durchflußquerschnitt zur Verfügung, welcher dem doppelten des für das Brauchwasser vorgesehenen entspricht, und die Druckverluste bleiben niedrig.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung liegen die Längsachsen des unteren Heizwasserkanals, des Brauchwasserkanals und des oberen Heizwasserkanals in einer gemeinsamen, in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase stehenden Ebene, und die beiden Breitseiten der Dreifachkanäle stehen parallel zueinander und zu der gemeinsamen Ebene. Diese Form und Anordnung der zweckmäßigerweise kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Kanäle gestattet einen gedrängten, raumsparenden Aufbau des Umlauferhitzers, und es hat sich gezeigt, daß diese Ausgestaltung eine ungehinderte Übertragung der Wärmestrahlung gewährleistet und den Abzug der Verbrennungsgase begünstigt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Dreifachkanäle aus zwei miteinander verbundenen, jeweils drei Rinnen aufweisenden Schalen zusammengesetzt.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung bestehen die Dreifachkanäle aus einem Vierkantrohr (mit quadratischem, rechteckigem oder kreisförmigem Innenquerschnitt) als Brauchwasserkanal sowie zur Bildung der Heizwasserkanäle aus zwei gleichen, einander zugekehrten, mit ihren Schenkeln mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Vierkantrohres verbundenen U-Profilen. Danach läßt sich das Dreifachrohr aus handelsüblichen Teilen durch Löten, Hartlöten oder Schweißen herstellen. An Stelle des Vierkantrohres kann auch ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt Verwendung finden, und an Stelle der U-Profile sind auch andere, geeignete Profile denkbar. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dient ein zwischen benachbarten Dreifachkanälen eingefügtes, mit seinen Windungen an den Breitseiten der Dreifachkanäle befestigtes mäanderförmig gebogenes Band als Heizrippen. Als Heizrippen können auch zwei, an den gegenüberliegenden Breitseiten zweier benachbarter Dreifachkanäle mit ihren Basisflächen befestigte und mit ihre Flächen im Abstand voneinander und parallel zueinander stehende Zickzackbänder Verwendung finden. Die Zufuhr gleicher Wärmemengen zum unteren und zum oberen Heizwasserkanal wird dadurch unterstützt, daß die Heizrippen in Höhe des unteren Heizwasserkanals ansetzen und über den oberen Heizwasserkanal hinausragen. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umlauferhitzers mit Brauchwasserbereitung sowie einige vorteilhafte Ausführungsformen der Dreifachkanäle und der Heizrippen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Umlauferhitzer mit darunter angeordnetem Gasbrenner, in Draufsicht, F i g. 2 denselben Umlauferhitzer, in Seitenansicht, F i g. 3 einen Dreifachkanal mit Kanälen kreisförmigen Querschnittes, Heizrippe beiderseits abgeschnitten, in einem Querschnitt,

F i g. 4 einen aus zwei Schalen bestehenden Dreifachkanal, Heizrippe abgeschnitten, im Querschnitt, Fig. 5 einen aus einem Vierkantrohr und zwei U-Profilen zusammengesetzten Dreifachkanal, die Heizrippe beiderseits abgeschnitten, im Querschnitt, F i g. 6 einen aus einem Rohr mit kreisförmigem Querschnitt und zwei U-Profilen zusammengesetzten Dreifachkanal mit einem fahnenförmigen Blech als Heizrippe, im Querschnitt,

F i g. 7 die Verbindung zweier Dreifachkanäle mittels eines mäanderförmigen, als Heizrippen dienenden Bandes, in Draufsicht,

F i g. 8 zwei nebeneinanderliegende Dreifachkanäle mit zwei zickzackförmig gebogenen, ineinandergreifenden, als Heizrippen dienenden Bändern, in Draufsicht.

Der Umlauf erhitzer besteht gemäß F i g. 1 und 2 aus sieben parallelliegenden, horizontal angeordneten Kanalgruppen in Gestalt von Abschnitten eines Dreifachkanals 1. Jeder Dreifachkanal 1 enthält übereinander einen unteren Heizwasserkanal 2 und einen oberen Heizwasserkanal 3, zwischen welchen ein Brauchwasserkanal 4 eingebettet ist. Die Brauchwasserkanäle der einzelnen Abschnitte des Dreifachkanals 1 sind zur Bildung einer durchlaufenden Rohrschlange an ihren Enden mittels waagerecht liegender halbkreisförmiger Krümmer 5 verbunden. Die beiden Heizwasserkanäle stehen jeweils an ihren Enden durch schrägliegende, kurze Krümmer 6 und lange Krümmer 7 über Kreuz miteinander in Verbindung.

Die Abschnitte des Dreifachkanals 1 sind mittels quer verlaufender, rechteckiger, als Heizrippen dienender Bleche 8 mechanisch und thermisch mitein-

ander verbunden. Die Unterkante 9 der Bleche setzt in Höhe des unteren Heizwasserkanals 2 an, die Oberkante 10 liegt oberhalb des oberen Heizwasserkanals 3.

Unter dem Umlauferhitzer befindet sich in einei waagerechten Ebene ein Gasbrenner 11, dessen Brennerrohre 12 parallel zu den Abschnitten des Dreifachkanals 1 verlaufen. Ein in der Mitte des Umlauferhitzers liegendes, senkrecht zu den Brennerrohren geführtes Gaszuführungsrohr 13 trägt die Brennerrohre 12.

Einen Querschnitt durch einen Dreifachkanal 1 zeigt Fig. 3. Zwischen dem oberen Heizwasserkanal 2 und dem unteren Heizwasserkanal 3 ist der Brauchwasserkanal 4 eingebettet. Die Querschnitte •der drei Kanäle 2, 3, 4 sind kreisförmig und gleich groß, die Längsachsen der Kanäle liegen in einer gemeinsamen, senkrechten Ebene.

In F i g. 4 ist ein Dreifachkanal dargestellt, welcher aus zwei beispielsweise durch Löten miteinander verbundenen, spiegelbildlich gleichen, drei Rinnen 14 mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweisenden Schalen 15 zusammengesetzt ist. Die Außenseiten der Schalen sind zur Vergrößerung der Oberfläche und zwecks Materialersparnis der Form der Rinnen angepaßt. Da bei dieser Ausführungsform die Stoßebene der beiden Schalen und damit auch die Lötebene in Richtung des Wärmefiusses (und nicht etwa senkrecht dazu) liegen, wird die thermische Koppelung der Kanäle durch die Lötebene nicht ungünstig beeinflußt.

F i g. 5 zeigt einen Dreifachkanal, bestehend aus einem Vierkantrohr 16 mit quadratischem Querschnitt (in F i g. 6 ist dieses Vierkantrohr durch ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt ersetzt) als Brauchwasserkanal 4 sowie zwei gleich ausgebildeten U-Profilen 17, die mit den Enden ihrer Schenkel an zwei gegenüberliegenden Seiten des Vierkantrohres angebracht sind. Die beiden Heizwasserkanäle 2 und 3 sind hier durch die beiden U-Schenkel und die Basis der U-Profile zusammen mit je einer Längsseite des Vierkantrohres 16 gebildet. In F i g. 6 dient ein fahnenförmig ausgebildetes, dem Querschnitt des Dreifachkanals entsprechend ausgeschnittenes und am Dreifachkanal angelötetes Blech 8' als Heizrippe.

F i g. 7 zeigt eine Ausführung der Heizrippen in Gestalt eines mäanderförmig gebogenen Bandes 18, welches zwischen zwei benachbarten Dreifachkanälen 1 eingefügt und durch Löten o. ä. mit den Oberflächen der Dreifachkanäle verbunden ist. Die heißen Verbrennungsgase geben beim Vorbeiströmen ihre Wärme an die quer zu den Dreifachkanälen stehenden Steg des Bandes ab, und die Stege leiten sie nach beiden Seiten an die Dreifachkanäle weiter. Neben der thermischen Koppelung der beiden Dreifachkanäle dient das Band 18 zu deren mechanisehen Halterung.

Eine andere Ausführungsform der Heizrippen ist in F i g. 8 veranschaulicht. Hier ist an der Oberfläche eines zweier nebeneinanderliegender Dreifachkanäle 1 ein Zickzackband 19 mit seinen Basisflächen 20 angelötet bzw. angeschweißt; der andere Dreifachkanal trägt ebenfalls ein — gleich ausgebildetes — Zickzackband 19', welches so angeordnet ist, daß die freien Flächen beider Bänder im Abstand voneinander parallel stehen. Da sich die beiden Zickzackbänder nicht berühren, kann eine zusätzliche, mechanische Halterung für die Dreifachkanäle (nicht gezeichnet) vorgesehen sein.

Während des Betriebes des Umlauferhitzers fließt das kalte Brauchwasser bei α zu. Es durchfließt den Brauchwasserkanal 4 des ersten (linken) Abschnittes des Dreifachkanals 1 und wird mittels der Krümmer 5 schlangenförmig durch die danebenliegenden Abschnitte geleitet, und verläßt erwärmt den Umlauferhitzer bei b. Das abgekühlte Heizwasser, welches seine Wärme an die an den Umlauferhitzer angeschlossene Heizungsanlage abgegeben hat, wird bei c zugeführt. Durch beide Heizwasserkanäle 2 und 3 fließt es im Gegenstrom zum Brauchwasser durch das System der Dreifachkanäle 1. Dabei bewirken die über Kreuz angeordneten kurzen Krümmer 6 und die langen Krümmer 7, daß das durch den oberen, dem Gasbrennerll entfernt liegenden Heizwasserkanal 3 des ersten (linken) Abschnittes des Dreifachkanals eintretende Heizwasser im zweiten benachbarten Abschnitt durch dessen dem Gasbrenner benachbart liegenden unteren Heizwasserkanal 2 fließt und in seinem weiteren Verlauf abwechselnd einmal den oberen und einmal den unteren Heizwasserkanal durchsetzt. Demgemäß durchfließt in entsprechender Weise der dem oberen Heizwasserkanal des ersten Abschnittes zugeführte Teil des Heizwassers abwechselnd einmal den unteren und dann den oberen Heizwasserkanal. Das Heizwasser tritt erwärmt bei d aus dem Umlauferhitzer aus.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Umlauf erhitzer mit Brauchwasserbereitung, der durch einen mit gasförmigem oder vergastem flüssigem Brennstoff betriebenen Brenner beheizt ist, mit nebeneinander angeordneten, aus strömungsmäßig voneinander getrennten, jedoch miteinander in Wärmeaustausch stehenden Kanälen für das Heiz- und Brauchwasser bestehenden Kanalgruppen, dadurchgekennzeichnet, daß die Kanalgruppen als Dreifachkanäle (1) ausgebildet sind, derart, daß der Brauchwasserkanal (4) jeweils zwischen zwei Heizwasserkanälen (2 und 3) eingebettet ist, wobei die genannten drei Kanäle so gelagert sind, daß sie, in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase gesehen, hintereinanderliegen.

2. Umlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Heizwasserkanäle (2 und 3) parallel in den Umlauf des Heizwassers eingeschaltet sind.

3. Umlauf erhitzer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreifachkanäle (1) in einer waagrechten Ebene oberhalb eines röhrenförmigen Gasbrenners (11) angeordnet sind.

4. Umlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalgruppen aus einem einstückig gefertigten, zu einer mäanderförmigen Rohrschlange gebogenen Dreifachkanal (1) gebildet sind.

5. Umlauf erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Dreifachkanäle (1) ausgebildeten Kanalgruppen aus gleichlangen geraden und parallel nebeneinander angeordneten Abschnitten bestehen und daß die Enden der Heizwasserkanäle (2, 3) und des Brauchwasserkanals (4) der einzelnen Abschnitte durch angesetzte Krümmer miteinander verbunden sind.

6. Umlauferhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb und parallel zu jedem Abschnitt eines Dreifachkanals (1) ein diesem zur Beheizung dienendes Brennerrohr (12) eines Gasbrenners (11) angeordnet ist.

7. Umlauferhitzer nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwasserkanäle (2, 3) je zweier benachbarter Abschnitte des Dreifachkanals (1) mittels kurzer Krümmer (6) und langer Krümmer (7) über Kreuz miteinander verbunden sind.

8. Umlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte des unteren Heizwasserkanals (2), des Brauchwasserkanals (4) und des oberen Heizwasserkanals (3) gleich groß ausgebildet sind.

9. Umlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen des unteren Heizwasserkanals (2), des Brauchwasserkanals (4) und des oberen Heizwasserkanals (3) in einer gemeinsamen, in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase stehenden Ebene liegen, und die beiden Breitseiten der Dreifachkanäle (1) parallel zueinander und zu der Ebene stehen.

10. Umlauf erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreifachkanäle (1) aus zwei miteinander verbundenen, jeweils drei Rinnen (14) aufweisenden Schalen (15) zusammengesetzt sind (Fig. 4).

11. Umlauf erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreifachkanäle (1) aus einem Vierkantrohr (16) als Brauchwasserkanal (4) sowie zur Bildung der Heizwasserkanäle (2, 3) aus zwei gleichen, einander zugekehrten, mit ihren Schenkeln mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Vierkantrohres (16) verbundenen U-Profilen (17) bestehen (Fig. 5).

12. Umlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein zwischen benachbarten Dreifachkanälen (1) eingefügtes, mit seinen Windungen an den Breitseiten der Dreifachkanäle (1) befestigtes, mäanderförmig gebogenes, als Heizrippen dienendes Band (18) (Fig. 7).

13. Umlauf erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch zwei an· den gegenüberliegenden Breitseiten je zweier benachbarter Dreifachkanäle (1) mit ihren Basisflächen (20) befestigte, mit ihren Flächen im Abstand voneinander und parallel zueinanderstehende, als Heizrippen dienende Zickzackbänder (19,19') (Fig. 8).

14. Umlauferhitzer nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrippen in Höhe des unteren Heizwasserkanals (2) ansetzen und über den oberen Heizwasserkanal (3) hinausragen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1 329 091,

1 332 607; USA.-Patentschrift Nr. 1 701 617; Zeitschrift »Heizung, Lüftung, Haustechnik«, 1960,

H. 12, S. 331.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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