DE19813621A1 - Wärmetauscher für ein Heizgerät - Google Patents

Abstract

Bei einem Wärmetauscher für ein Gasheizgerät ist ein Abgaszug 5 über wenigstens eine wärmetauschende Wandung 3, 4 von einem Wasserkanal 6, 7 getrennt. An der Wandung 3, 4 sind in den Abgaszug 5 ragende Stifte 8, 9 ausgebildet. Zur Vermeidung von Siedegeräuschen sind an der Wandung 3, 4 weitere Stifte 10, 11 ausgebildet, die in den Wasserkanal 6, 7 ragen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Heizgerät, wobei wenigstens ein von Verbrennungsabgas durchströmbarer Abgaszug über wenigstens eine wärmetauschende Wandung von wenigstens einem Heizungswasser führenden Heizungskanal getrennt ist und an der Wandung in den Abgaszug ragende Stifte ausgebildet sind.

Derartige Wärmetauscher werden bei Zentral- Heizungskesseln, insbesondere Gasheizkesseln verwendet, die aus mehreren Gußgliedern zusammengesetzt sind. In der DE 26 49 635 C2 ist ein derartiger Wärmetauscher beschrieben. Die gasseitigen Stifte dienen der Verbesserung der Wärmeübertragung vom Abgas auf die Wandung und damit auf das zu beheizende Wasser. Die Stifte des einen Kesselgliedes greifen kämmend zwischen die Stifte des benachbarten Kesselgliedes. Die Stifte sind bei der DE 26 49 635 C2 auf einem zur Abgas- Strömungsrichtung diagonalen Muster angeordnet. Dies hat den Nachteil, daß die Stifte bei Verrußung praktisch nicht mechanisch zu reinigen sind. Besondere Gestaltungen der Wasserkanäle sind in der DE 26 49 635 C2 nicht beschrieben.

Ähnliche Wärmetauscher sind auch aus der EP 0 547 641 A1 und der EP 0 645 591 A1 bekannt.

Bei bekannten Wärmetauschern ist der Wasserkanal zur Verbesserung der Wärmeübertragung mäanderförmig geführt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei abnehmender Wasserströmung, die im Grenzfall Null werden kann, bereichsweise, insbesondere im Hochtemperaturbereich, so hohe Temperaturen auftreten, daß ein Sicherheitstemperaturbegrenzer anspricht, was einen Störfall darstellt. Der Wärmetauscher ist also in diesem Sinne nicht eigensicher. Zonale Temperaturüberhöhungen können auch zum zonalen Sieden des Wassers führen, womit eine unerwünschte Geräuschentwicklung verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem Siedegeräusche möglichst vermieden sind und/oder der eigensicher arbeitet.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Wandung weitere Stifte ausgebildet sind, die in den Wasserkanal ragen.

Die in den Wasserkanal bzw. die Wasserkanäle ragenden Stifte führen zu einer zonalen Verwirbelung der Wasserströmung und vergrößern die wasserseitige Wärmeübertragungsfläche, so daß kaum noch Siedegeräusche und im extremen Fall keine Kavitationen infolge Flächenverdampfung auftreten. Die Wärmeübertragungseigenschaften auf das Wasser sind auch ohne eine mäanderförmige Zwangsführung des Wassers gut, da eine frei Turbulenz des Wassers eine hohe konvektive Wärmestromdichte zuläßt.

Eine Eigensicherheit des Wärmetauschers ist erreicht, weil auch bei abnehmender Wasserströmung, die im Grenzfall Null werden kann, die Wärme konvektiv auf das Wasser im Wasserkanal insgesamt verteilt wird und somit nicht Einzelbereiche überhitzt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt eines Wärmetauschers längs der Linie I-I nach Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine alternative Außenwandgestaltung.

Ein Wärmetauscher eines Heizkessels ist aus mehreren Gußgliedern, beispielsweise aus Aluminiumguß, zusammengebaut. In Fig. 1 sind zwei Gußglieder 1, 2 teilweise gezeigt. Jedes der Gußglieder 1, 2 weist eine Wandung 3 bzw. 4 auf. Zwischen den Wandungen 3, 4 besteht ein Abgaszug 5, in dem Abgas eines oberhalb des Wärmetauschers angeordneten, nicht dargestellten Brennwert-Gasgebläsebrenners nach unten strömt. Neben den Wandungen 3, 4 besteht jeweils ein Wasserkanal 6, 7, in dem Wasser im Gegenstrom zum Abgas strömt.

An den Wandungen 3 und 4 sind jeweils in horizontalen und in vertikalen Linien (vgl. Fig. 2) abgasseitig Stifte 8, 9 ausgebildet. Die Stifte 8 greifen kammartig zwischen die Stifte 9. Die Stifte 8, 9 haben die Form von Pyramidenstümpfen (vgl. Fig. 2 oben) oder die Form von Kegelstümpfen (vgl. Fig. 2 unten). Durch die Anordnung der Stifte 8, 9 in vertikalen Linien, die parallel zur Abgasströmung liegen, besteht die Möglichkeit, die Stifte 8, 9 durch Einschieben einer Bürste in Abgas- Strömungsrichtung zu reinigen.

Wasserseitig sind an der Wandung 3 bzw. 4 Stifte 10, 11 gestaltet, die in den jeweiligen Wasserkanal 6, 7 ragen. Die Stifte 10, 11 haben eine ähnliche Gestalt wie die Stifte 8, 9. Sie sind kegelstumpfförmig mit abgerundeten Kanten geformt. Die Stifte 10 liegen den Stiften 8 jeweils in der Weise gegenüber, daß jeder Stift 10 in der Verlängerung eines Stifts 8 liegt. Gleiches gilt für die Stifte 11 bezüglich der Stifte 9. Dadurch ist ein direkter Wärmefluß von den Stiften 8 in die Stifte 10 und von den Stiften 9 in die Stifte 11 erreicht. Die Stifte 10,11 haben etwa den gleichen Fußdurchmesser, d. h. Durchmesser an den Wandungen 3, 4, wie die Stifte 8, 9.

Die Höhe H der Stifte 10 bzw. 11 ist kleiner als die Breite B des jeweiligen Wasserkanals 6, 7. Die Stifte 10, 11 lassen damit eine freie Konvektion des Wassers zu. Die Höhe H der Stifte 10, 11 ist kleiner als die Höhe M der Stifte 8, 9. Die Höhe H der Stifte 10, 11 ist beispielsweise höchstens halb so groß wie die Höhe M. Die Höhen H der Stifte 10, 11 können auch unterschiedlich sein. Dort wo die Wärmestromdichten kleiner sind, also in Richtung der Abgasströmung, d. h. in Fig. 1 nach unten hin, können die Höhen H der Stifte 10, 11 kleiner werden und gegen Null gehen. Es ist auch möglich, Stifte 10, 11 nur im Hochtemperaturbereich vorzusehen, also dort wo das heiße Abgas des Brenners in den Abgaszug 5 eintritt (oben in Fig. 1).

Die Funktionsweise der Stifte 10, 11 ist im wesentlichen folgende:
Die Stifte 10, 11 vergrößern einerseits die wasserseitige Wärmeübertragungsfläche und führen andererseits zu einer gewissen Verwirbelung der Wasserströmung. Es ist somit eine konvektive Wärmeübertragung erreicht, durch die das Entstehen von Siedegeräuschen unterbunden ist, weil nicht zonale Übertemperaturen auftreten.

Wird die Wasserströmung unterbrochen, dann wird die Wärme weiter konvektiv auf das Wasser in dem Wasserkanal 6, 7 übertragen. Es kommt dabei nicht zu einer schnellen Überhitzung und damit einem schnellen Ansprechen eines Sicherheitstemperaturbegrenzers. Der Wärmetauscher ist also eigensicher.

Das äußere Gußglied 1 weist zur Begrenzung des Wasserkanals 6 eine Außenwand 12 auf, die nicht direkt vom Abgas beheizt ist. Insbesondere bei Werkstoffen mit hohem Temperaturausdehnungskoeffizienten, beispielsweise Aluminium, entstehen hohe Wärmespannungen. Eine Verkalkung der Wandung 3 kann diesen Effekt noch vergrößern. Um die damit verbundene Gefahr von Rißbildungen zu vermeiden, ist die Außenwand 12 elastisch und/oder dünner als die Wandung 3 gestaltet. Vorzugsweise ist die Außenwand 12 gewellt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Claims (9)

1. Wärmetauscher für ein Heizgerät, wobei wenigstens ein von Verbrennungsabgas durchströmbarer Abgaszug über wenigstens eine wärmetauschende Wandung von wenigstens einem Heizungswasser führenden Wasserkanal getrennt ist und an der Wandung in den Abgaszug ragende Stifte ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wandung (3, 4) weitere Stifte (10, 11) ausgebildet sind, die in den Wasserkanal (6, 7) ragen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (8, 9, 10, 11) eine kegelstumpfförmige Gestalt haben.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserseitigen Stifte (10, 11) jeweils in der Verlängerung abgasseitiger Stifte (8, 9) liegen.

4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserseitigen Stifte (10, 11) eine in Richtung der Abgasströmung abnehmende Höhe (H) haben.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserseitigen Stifte (10, 11) im Hochtemperaturbereich der Wandung (3, 4) angeordnet sind.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) der wasserseitigen Stifte (10, 11) kleiner als die Breite (B) des Wasserkanals (6, 7) ist.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) der wasserseitigen Stifte (10, 11) höchstens halb so groß ist wie die Höhe (M) der abgasseitigen Stifte (8, 9).

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgasseitigen Stifte (8, 9) auf zur Abgasströmung parallelen Linien liegen.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Wasserkanal (6) begrenzende Außenwand (12) gewellt ist.