DE2742839A1

DE2742839A1 - Waermeuebertrager fuer einen gas- oder oelbeheizten durchlauf-wassererhitzer

Info

Publication number: DE2742839A1
Application number: DE19772742839
Authority: DE
Inventors: Emmerich Folk; Walter Kohl; Ernst Dipl Ing Schmidt; Erwin Ing Grad Witzki
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1977-09-23
Publication date: 1979-04-05
Also published as: IT7827808A0; DE2742839C2; NL183739C; GB1596615A; FR2404179B1; FR2404179A1; NL183739B; ES473605A1; AT374265B; IT1110157B; ATA678878A; NL7809669A

Description

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wassererhitzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein derartiger Wassererhitzer bekannt (DT-GM 6 6O7 211), bei welchem die Heizwasserrohre und die in deren Innerem verlaufenden Abschnitte der Brauchwasserrohrschlange einstückig aus einem Strangpreßprofil gefertigt sind. Das ist teuer und insofern nachteilig, als die Verbindung nebeneinanderliegender Heizwasser- und Brauchwasserrohrabschnitte verhältnismäßig aufwendig ist. Den gleichen Nachteil weist eine aus der gleichen Veröffentlichung bekanntgewordene Ausführung auf, bei welcher jeder gerade, zwei Heizwasserkanäle und einen dazwischenliegenden Brauchwasserkanal bildende Strang aus zwei dicht miteinander verbundenen Schalenhälften besteht. Um eine gute thermische Verbindung zwischen den Kanälen für das Heizwasser und das Brauchwasser zu erzielen, ist in der gleichen Druckschrift auch schon vorgeschlagen worden, an einem Brauchwasser-Rohrabschnitt diametral gegenüberliegend zwei rinnenförmige U-Profile anzulöten bzw. anzuschweißen, welche die Heizwasserkanäle bilden. Auch diese Ausführung ist aufwendig und für eine Mengenfertigung wenig geeignet.

Ferner ist ein Wärmeübertrager nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt, bei welchen die in den Heizwasserrohren sich erstreckenden geraden Abschnitte der Brauchwasserrohrschlange mit vier über den Umfang gleichmäßig verteilten längslaufenden Einwölbungen versehen und mit den zwischen den Einwölbungen stehengebliebenen Umfangsabschnitten in den Heizwasserrohren geführt sind, welche einen kreisrunden Querschnitt haben. Diese Ausführung ist nachteilig, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Brauchwassers über den stark von der Kreisform abweichenden Rohrquerschnitt sehr unterschiedlich ist und es in den Zonen geringer Strömungsgeschwindigkeit zu verstärkten Kalkablagerungen kommt, welche den Durchflußwider-

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stand erhöhen, den Wärmeübergang vom Heizwasser zum Brauchwasser erschweren und die Wartungsintervalle des Wärmeübertragers verkürzen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ausbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich wegen der Doppelanordnung der Brauchwasserrohre in den Heizwasserrohren eine verhältnismäßig große Wärmeübergangsfläche zwischen Heizwasser und Brauchwasser ergibt und daß sich wegen des kreisrunden Querschnitts der Brauchwasserrohre in diesen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit mit starker Turbulenz über den gesamten Querschnitt und eine in Umfangsrichtung gleichmäßig niedrige Wandtemperatur ergibt. Dadurch wird die Verkalkungsgeschwindigkeit der Brauchwasserrohre erheblich herabgesetzt, was in Verbindung mit dem verhältnismäßig großen Wärmeübertragungsflächen einen guten Wärmeübergang auf das Brauchwasser und bei dem gegebenen hohen Wirkungsgrad des Wärmeübertragers eine geringe wirksame Temperaturdifferenz zwischen Umlauf- und Brauchwasser ergibt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wärmeübertragers möglich.

Wenn die in einer Ebene liegenden Abschnitte der Brauchwasserrohrschlange mit ihren Krümmern zu einem eingangsseitigen ersten Strang und die in der anderen Ebene liegenden Abschnitte zu einem ausgangsseitigen zweiten Strang zusammengefaßt sind, läßt sich auf einfache Weise erreichen, daß die beiden Anschlußenden der Brauchwasserrohrschlange nebeneinander liegen und daß eine zwangsläufige Durchspülung der ganzen Brauchwasserrohrschlange erfolgt, wenn diese nach längerer Betriebszeit entkalkt wird.

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Mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Brauchwasserrohrschlange ist ferner erreicht, daß unabhängig von der Führung des Heizungswassers das Brauchwasser streckenweise im Gleichstrom und streckenweise im Gegenstrom zum Heizwasser geführt ist. Dadurch kann ein guter Wärmeübergang vom Heizwasser zum innen geführten Brauchwasser erzielt werden.

Mit Rücksicht auf eine möglichst geringe Verkalkung ist es vorteilhaft, wenn der erste Strang der Brauchwasserrohrschlange in der näher an der Wärmequelle liegenden Ebene angeordnet ist, so daß im Bereich des höheren Wärmeangebots eine noch niedrigere Wandtemperatur vorhanden ist. Versuche haben ergeben, daß bis zur Brauchwasser-Umlenkung in den in der oberen Ebene liegenden zweiten Strang das Brauchwasser·erst etwa 2/3 seiner Endtemperatur erreicht hat.

Die Strömungsrichtungen bzw. Führungen des Brauchwassers und des Heizwassers werden zweckmäßig so gewählt, daß in der weiter von der Wärmequelle entfernten Ebene der Brauchwasserrohrschlange (zweiter Strang) mehr Abschnitte im Gegenstrom als im Gleichstrom zum Heizwasser durchströmt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß bei kleinerer, wirksamer Temperaturdifferenz in dieser Ebene durch überwiegenden Gegenstrombetrieb sich noch ein verbesserter Wärmeübergang einstellt.

Der Wärmeübergang auf das Brauchwasser erfordert bei geringstmöglicher Temperaturdifferenz zum Heizwasser eine größtmögliche Wärmeübertragungsfläche, die in den Heizwasserrohren untergebracht werden muß. Dabei darf der Brauchwasser-Druckverlust einen bestimmten Wert nicht überschreiten, wodurch ein Mindest-Durchgangsquerschnitt für das Brauchwasser festgelegt ist. Andererseits ist aber auch der Druckverlust des Heizwassers begrenzt, so daß auch für dieses ein bestimmter Mindest-Durchgangsquerschnitt zur Verfügung gestellt werden muß. Es ist also eine genaue Abstimmung aller dieser Anfor-

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derungen notwendig, wobei noch darauf zu achten ist, daß auch der gesamte Durchtrittsquerschnitt für die Verbrennungsgase im Lamellenblock im vorgeschriebenen Wertebereich liegt.

Der Druckverlust im Heizwasserrohrsystem kann klein gehalten werden, wenn erfindungsgemäß in bekannter Weise mindestens ein Heizwasserrohr parallel zu einem anderen an das Heizwasserrohrsystem angeschlossen und vom Heizwasser durchströmt ist. Im vorliegenden Fall ist es mit Rücksicht auf den erwünschten Gleich- und Gegenstrombetrieb des Brauchwassers zum Heizwasser vorteilheit, nebeneinanderliegende Heizwasserrohre zu parallel durchströmten Bündeln zusammenzufassen. Dabei können zweckmäßig an den Stirnseiten des Lamellenblockes die Heizrohre eines Bündels überdeckende Zu- und Ablaufkammer und die Heizrohre zweier benachbarter Bündel überdeckende Umlenkkammern gebildet sein.

Eine mit Rücksicht auf herkömmliche Abmessungen des Wärmeübertragers und einen guten VJärmeübergang auf das Brauchwasser vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn die Heizwasserrohre zu einem drei Rohre umfassenden Einlaufbündel und einem dieselbe Anzahl Rohre umfassenden Auslaufbündel zusammengefaßt sind. Dabei kommen die beiden Heizwasseranschlüsse auf ein- und dieselbe Seite des Lamellenblockes zu liegen, was auch aus Platz- oder Montagegründen erwünscht sein kann.

Einen besonders guten Wärmeübergang vom Heizwasser auf das Brauchwasser erzielt man, wenn die Krümmer der Brauchwasserrohrschlange innerhalb der Kammern für die Zu- und Ableitung und die Umlenkung des Heizwassers liegen. Dadurch ist erreicht, daß auch im Bereich der Krümmer ein Wärmeübergang auf das Brauchwasser stattfindet, der dort wegen der hohen Turbulenz des Heizwassers und des Brauchwassers besonders intensiv ist.

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Zeichnung

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 II-II in Figur 1.

Beschreibung der Erfindung

Der Wärmeübertrager hat einen Lamellenblock 10, durch den sechs im Querschnitt ovale Heizwasserrohre 11 hindurchgeführt sind. Die einzelnen Lamellen des Lamellenblocks 10 sind an den Druchführungslöchern mit Kragen 12 versehen, mit denen sie an den Heizwasserrohren 11 angelötet sind. Die Enden der Heizwasserrohre 11 sind an beiden Stirnseiten des Lamellenblocks in je eine Bodenplatte 13 eingelötet, die als gezogenes Blechteil mit hochgestelltem Flanschrand I^ ausgeführt ist. Die Bodenplatten 13 beider Lamellenblockseiten haben die gleiche Form, wodurch die Fertigung und Lagerhaltung vereinfacht wird. Auf die in Figur 1 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 zwei 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 Hei? ngsvorlauflei-

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tung und die Kammer 21 mit einem Anschlußstutzen 25 für eine Heizungsrücklaufleitung versehen. Beide Stutzen 24 und 25 sind an der unteren Randseite 26 der Deckelplatte 16 angebracht, so daß die daran anzuschließenden Nippel die Einbaulänge des Wärmeübertragers nicht vergrößern. 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.

Der Wärmeübertrager ist ferner mit einer Brauchwasserrohrschlange 30 versehen, deren gerade Abschnitte 31 sich innerhalb der Heizwasserrohre 11 erstrecken. Die geraden Abschnitte 31 sind außerhalb der Heizwasserrohre 11 durch Krümmer 32 und 33 verbunden, welche innerhalb der Kammern 20, 21, 23 angeordnet und dadurch vom Heizwasser umspült sind. Die Krümmer 33 sind einstückig an die geraden Abschnitte 31 der Brauchwasserrohrschlange angeformt, während die Krümmer 32 an diese Abschnitte angelötet sind. Die Brauchwasserrohrschlange 30 ist zweilagig ausgeführt, d.h. sie hat einca eingangsseitigen ersten Strang 34, der in Figur 1 als linke senkrechte Rohrreihe erscheint und einen ausgangsseitigen zweiten Strang 35> der in Figur 2 oben liegt und dort den ersten Strang 34 verdeckt. Die beiden Stränge 34 und 35 liegen unmittelbar aufeinander auf, sie haben kreisförmigen Querschnitt und sind zur Lagesicherung in den Heizwasserrohren 11 am Außenumfang mit einzelnen Noppen 36 (Figur 1) versehen, welche die Innenwand der Heizwasserrohre 11 berühren. 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 l6 an ihrer Kopfseite Ml einen vertieften Abschnitt 42 zum platzsparenden Unterbringen von Nippeln 43 und 44, welche an den Anschlußenden 37

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und 38 angelötet sind. Die gegenüberliegenden, in der Kammer 20 liegenden Enden der beiden Stränge 3¹* und 35 der Brauchwasserrohrschlange 30 sind ebenfalls auseindergekröpft und über einen l80°-Krümmer 45 miteinander verbunden, der ebenfalls vom Heizwasser umspült ist.

An die Wand der Kammer 20 ist ein Stutzen 48 (Figur 1) mit einer Bohrung 50 (Figur 2) angeformt, die zur Aufnahme eines als NTC-Widerstand ausgebildeten Vorlauftemperaturfühler dient. Durch die gewählte Lage der Bohrung 50 taucht der Fühler in den zwischen den Krümmern 32 und 45 liegenden Raum der Kammer 20 ein, wodurch sich eine besonders günstige Umspülung und damit ein trägheitsarmes Erfassen der Temperaturänderungen ergibt.

Der Zusammenbau des Wärmeübertragers geht einfach so vor sich, daß zunächst die Lamellen und die Bodenplatten 13 mit den Heizv/asserrohren 11 verlötet und dann die über die Krümmer 33 paarweise verbundenen geraden Abschnitte 31 der Brauchwasserrohrschlange 30 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 die Deckelplatte und 22 auf die Bodenplatten 13 aufgesetzt und mit diesen am Rande verschweißt. Dabei kommt die Vertiefung l8 in der Deckelplatte 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 Abschlußenden 37 und 38 der Brauchwasserrohrschlange 30 mit der Deckelplatte l6 und den Nippeln 42 und 43 verlötet. Dabei sorgt die Deckelplatte 22 dafür, daß die Anschlußenden 37 und 38 nicht gegen den Lamellenblock hin ausweichen können.

Der beschriebene Wärmeübertrager zeichnet sich durch einen guten Wärmeübergang auf das Brauchwasser aus. Die Temperaturdifferenz zwischen Heizwasser- und Brauchwasser-Auslauftemperatur beträgt bei einem ausgeführten Muster nur etwa 11° C, während diese

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Temperaturdifferenz bei einem untersuchten bekannten Gerät ca. 30 C beträgt. Das bedeutet, daß der neue Wärmeübertrager, bezogen auf eine bestimmte Leistung, geringere Wanatemperaturen aufweist und weniger zum Verkalken als das untersuchte bekannte Gerät neigt. Dies wir i vornehmlich durch die zweilagige Ausbildung der Brauchwasserrohrschlange in den ovalen Heizwasserrchrer. und dem kreisrunden Querschnitt der in den Heizwasserrohrer. stekkenden geraden Abschnitte der Brauchwasserrohrschlange erzielt. Unterstützt wird diese vorteilhafte Wirkung durch die erfincungsgemäße Führung des Brauchwassers gegenüber dem Heizwasser. Das höhere Wärmeangebot am kälteren Brauchwasser-Einlaufstrang ergibt trotz.hoher Übertragungsleistung nur mäßige Wandtenperaturen dieses Strangs. In dem von der Heizquelle abgekehrten zweiten Strang 35 laufen vier gerade Abschnitte 31 der Brauchwasserrohrschlange 30 im Gegenstrom und nur zwei Abschnitte 31 in Gleichstrom zum Heizwasser, so daß in diesem Strang trotz geringerer Temperaturdifferenz zu den Verbrennungsgasen noch ein möglichst guter Wärmeübergang erfolgt. Die Anordnung von jeweils zwei Brauchwasserrohren in einem Heizwasserrohr ergibt eine große Wärmeübertragungsfläche, ohne daß die Strömung in den Brauchwasserrohren bezüglich der unvermeidlichen Verkalkung nachteilig beeinflußt wird. Die damit verbundene Verringerung des Durchflußquerschnittes für das Heizwasser wird durch die beschriebene Parallelschaltung und Bündelung der Heizwasserrohre ausgeglichen und sogar überkompensiert. Gleichzeitig ergibt sich der schon beschriebene vorteilhafte Wechsel von Gleichstrom und Gegenstrom im Betrieb des Brauchwassers gegenüber dem Heizwasser.

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Claims

R. D 3 C
12.9-1977 Ki/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

l.J Wärmeübertrager für einen gas- oder ölbeheizten Durchlauf-Wassererhitzer, bestehend aus einem Lamellenblock, mehreren den Lamellenblock durchsetzenden Heizwasserrohren und einer Brauchwasserrohrschlange, die mindestens teilweise im Inneren des Heizwasserrohrsystems verläuft, gekennzeichnet durch folgende, zum Teil bekannte Merkmale:

a) die Heizwasserrohre (11) haben einen ovalen Querschnitt,

b) in jedem Heizwasserrohr (11) sind zwei gerade Abschnitte (31) der Brauchwasserrohrschlage (30) über- bzw. nebeneinanderliegqnd angeordnet,

c) die geraden Abschnitte (31) der Brauchwasserrohrschlange (30) haben einen mindestens annähernd kreisförmigen Querschnitt.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Ebene liegenden Abschnitte (31) der Brauchwasserrohrschlange (30) mit ihren Krümmern (32, 33) zu einem eingangs seitigen ersten Strang (3U) und die in der anderen Ebene liegenden Abschnitte (31) mit ihren Krümmern zu einem ausgangs-

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seitigen zweiten Strang (35) der Brauchwasserrohrschlange zusammengefaßt sind.

3· Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strang (3*0 der Brauchwasserrohrschlange (30) in der näher an der Wärmequelle liegenden Ebene angeordnet ist.

H. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden in einem Heizwasserrohr (11) steckenden geraden Abschnitte (31) der Brauchwasserrohrschlange (30) aufeinander aufliegen und im Abstand zur Heizrohrwand gehalten sind.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden geraden Abschnitte (31) der Brauchwasserrohrschlange (30) durch am Umfang angeordneten Noppen (36) im Abstand zu den gekrümmten Wandabschnitten der Heizwasserrohre (11) gehalten sind.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtungen von Heizwasser und Brauchwasser so gewählt sind, daß in dem von der Wärmequelle abgekehrten zweiten Strang (35) der Brauchwasserrohrschlange mehr Abschnitte (31) im Gegenstrom als im Gleichstrom zum Heizwasser durchströmt werden.

7· Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

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durch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise mindestens ein Heizwasserrohr (11) parallel zu einem anderen an das Heizwasserrohrsystem angeschlossen und vom Heizwasser durchströmt ist.

8. Wärmeübertrager nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Heizwasserrohre (11) zu parallel durchströmten Bündeln zusammengefaßt sind und daß an den Stirnseiten des Lamellenblocks (10) die Heizwasserrohre eines Bündels überdeckende Zulauf- und Ablaufkammern (21, 20) und die Heizwasserrohre zweier benachbarter Bündel überdeckende Umlenkkammern (23) gebildet sind.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwasserrohre (11) zu einem Einlaufbündel und einen Auslaufbündel zusammengefaßt sind, und daß an der einen Stirnseite des Lamellenblocks (10) eine Zulaufkammer (21) und eine Ablauf kammer (20) und an der anderen Stirnseite eir.e einzige Umlenkkammer (21) vorgesehen ist.

10. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Heizwasserrohr-Bündel aus drei nebeneinanderliegenden Heizwasserrohren (11) besteht und daß die nebeneinanderliegenden Anschlüsse (43, 44) der Brauchwasserrohrschlange (30) auf jener Stirnseite des Lamellenblockes (10) angeordnet sind, an der auch die Heizwasser-Anschlüsse (24, 25) vorgesehen sind.

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11. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmer (32, 33) der Brauchwasser-Rohrschlange (30) innerhalb der Kammern (20, 21, 23) für die Zu- und Ableitung und die Umlenkung des Heizwassers liegen.

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