DE102016215210A1

DE102016215210A1 - Helical heating heat exchanger

Info

Publication number: DE102016215210A1
Application number: DE102016215210.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kupka; Christiaan Hertgers
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Bei einem Heizungswärmetauscher (1) mit einem Gehäuse (8) mit zwei Stirnwänden (15) und einen zwischen den Stirnwänden (15, 16) zentral angeordneten Primärwärmeaustauscher (2), der über mindestens zwei koaxial nebeneinander angeordnete Wärmetauscherwendeln (3) verfügt, schließen die beiden äußeren Wärmetauscherwendeln (3) mit den jeweiligen Stirnwänden (15, 16) weitestgehend bündig ab. Radial um die Wärmetauscherwendeln (3) bis zum Gehäuse (8) ist ein Ringspalt (16) vorhanden. In der ersten Stirnwand (15) ist eine Aufnahme für einen Brenner (9) vorhanden und die zweite Stirnwand (16) verfügt über einen Abgasaustritt (10). Zwischen zwei Wärmetauscherwendeln (3) ist eine Trennplatte (11) angeordnet. Diese Trennwand (11) ist als Hohlkörper ausgeführt und mit den Wärmetauscherwendeln (3) fluidseitig seriell und/oder parallel verbunden.In a heating heat exchanger (1) with a housing (8) with two end walls (15) and between the end walls (15, 16) centrally arranged primary heat exchanger (2), which has at least two coaxially juxtaposed heat exchanger coils (3) close the both outer heat exchanger coils (3) with the respective end walls (15, 16) largely flush. Radially around the heat exchanger coils (3) to the housing (8) has an annular gap (16) is present. In the first end wall (15) there is a receptacle for a burner (9) and the second end wall (16) has an exhaust gas outlet (10). Between two heat exchanger coils (3), a partition plate (11) is arranged. This partition wall (11) is designed as a hollow body and connected to the heat exchanger coils (3) in series and / or in parallel on the fluid side.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizungswärmetauscher.The invention relates to a heating heat exchanger.

Bei derartigen Heizungswärmetauschern, die beispielsweise aus EP 678186 B1 und EP 1561075 B1 bekannt sind, werden mehrere gleichartige Wärmetauscherwendeln koaxial hintereinander angeordnet. Jede Wärmetauscherwendel verfügt über einen Eingang und einen Ausgang. Die Wärmetauscherwendeln können teilweise parallel miteinander verbunden sein, so dass jeweils die Ein- und Ausgänge benachbarter Wärmetauscherwendeln miteinander in Vorlauf- und Rücklaufsammlern verbunden sind. Die Wendeln können auch seriell miteinander verbunden sein, so dass der Ausgang einer Wärmetauscherwendel mit dem Eingang einer benachbarten Wärmetauscherwendel verbunden ist. Ferner können mehrere Blöcke aus parallel verbundenen Wärmetauscherwendeln seriell miteinander verbunden sein, so dass der Vorlaufsammler eines Blocks aus parallel verbundenen Wärmetauscherwendeln mit dem Rücklaufsammler eines daneben liegenden Block aus parallel verbundenen Wärmetauscherwendeln verbunden ist. Um die Wärmetauscherwendeln herum ist ein abgassammelndes Gehäuse angebracht. Im Inneren der Wärmetauscherwendeln ist auf einer Seite auf einer Teillänge ein Brenner zentrisch angebracht. Eine Trennwand trennt das Innere der Wendeln in zwei Kammern. Beim Betrieb des Brenners strömen die heißen Abgase des Brenners auf der einen Seite der Trennwand von innen durch einen Teil der Wärmetauscherwendeln, um dann auf der anderen Seite der Trennwand von außen nach innen durch die Wärmetauscherwendeln zu strömen. Die Abgase werden nach dem Wärmeaustausch gesammelt und dann über eine Abgasleitung abgeführt. In such heating heat exchangers, for example EP 678186 B1 and EP 1561075 B1 are known, a plurality of similar heat exchanger coils are arranged coaxially one behind the other. Each heat exchanger coil has an input and an output. The heat exchanger coils may be partially connected in parallel, so that in each case the inputs and outputs of adjacent heat exchanger coils are connected to each other in flow and return headers. The helices may also be connected in series so that the output of a heat exchanger coil is connected to the input of an adjacent heat exchanger coil. Further, a plurality of blocks of parallel-connected heat exchanger coils may be serially connected such that the flow header of a block of parallel-connected heat exchanger coils is connected to the return header of an adjacent block of parallel-connected heat exchanger coils. Around the heat exchanger coils, an exhaust collecting housing is mounted. Inside the heat exchanger coils, a burner is mounted centrally on one side over a partial length. A partition separates the interior of the coils into two chambers. During operation of the burner, the hot exhaust gases of the burner flow on one side of the partition from the inside through a part of the heat exchanger coils, and then to flow on the other side of the partition from outside to inside through the heat exchanger coils. The exhaust gases are collected after the heat exchange and then discharged via an exhaust pipe.

Die Trennwand wird hierbei je nach Betriebszustand sehr heiß und erwärmt einerseits bereits abgekühltes Abgas auf der dem Brenner abgewandten Seite. Andererseits gibt die Trennwand Strahlungswärme über die Abgasabführung ab. Depending on the operating state, the dividing wall becomes very hot and, on the one hand, already heats cooled exhaust gas on the side facing away from the burner. On the other hand, the partition radiates radiant heat via the exhaust gas discharge.

Aufgabe der Erfindung ist ein höherer thermischer Wirkungsgrad des Wärmetauschers.The object of the invention is a higher thermal efficiency of the heat exchanger.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Trennwand wassergekühlt und fluidführend thermisch vorteilhaft in das System eingebunden wird.This object is achieved in that the partition is water cooled and fluid carrying thermally advantageous integrated into the system.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche. Advantageous embodiments result from the features of the dependent claims.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show here

1 einen erfindungsgemäßen Heizungswärmetauscher im Schnitt, 1 a heating heat exchanger according to the invention in section,

2 den erfindungsgemäßen Heizungswärmetauscher im Schnitt senkrecht zum ersten Schnitt, 2 the heating heat exchanger according to the invention in section perpendicular to the first section,

3 die wassergekühlte Trennplatte des erfindungsgemäßen Heizungswärmetauschers. 3 the water-cooled partition plate of the heating heat exchanger according to the invention.

1 zeigt einen Heizungswärmetauscher 1 mit einem Gehäuse 8 und einen darin zentral angeordneten metallischen Primärwärmeaustauscher 2, der über vier koaxial angeordnete Wärmetauscherwendeln 3 verfügt. Das Gehäuse 8 ist näherungsweise zylindrisch, so dass die beiden äußeren der nebeneinander angeordneten Wärmetauscherwendeln 3 mit den jeweiligen Stirnwänden 15, 16 bündig abschließen. Radial um die Wärmetauscherwendeln 3 befindet sich bis zum Gehäuse 8 ein Ringspalt 17. Die einzelnen Wärmetauscherwendeln 3 sind aus EP 678186 B1 bekannt. Im Heizungswärmetauscher 1 ist koaxial zu den Wärmetauscherwendeln 3 ein brenngasbetriebener Brenner 9 angeordnet. Der Brenner 9 ist an der ersten Stirnwand 15 des Gehäuses 8 senkrecht zur Mittelachse der Wärmetauscherwendeln 3 angeordnet. An der zweiten Stirnwand 15 des Gehäuses 8 befindet sich ein Abgasaustritt 10. Jede Wärmetauscherwendel 3 verfügt über einen Eingang 4 sowie einen Ausgang 5. Jeweils zwei Wärmetauscherwendel 3 sind strömungstechnisch miteinander verbunden, so dass ihre Eingänge 4 aus einem gemeinsamen Rücklaufsammler 6 gespeist werden und die Ausgänge 5 in einen gemeinsamen Vorlaufsammler 7 münden. Die Rücklaufleitung 12 eines nicht weiter dargestellten Heizungskreislaufs ist mit dem Rücklaufsammler 6 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 verbunden. Der Vorlaufsammler 7 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 ist mit dem Rücklaufsammler 6 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Brenners 9 verbunden. Der Vorlaufsammler 7 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Brenners 9 ist mit der Vorlaufleitung 13 des nicht weiter dargestellten Heizungskreislaufs verbunden. Zwischen dem Brenner 9 und dem Abgasaustritt 10 ist zwischen zwei Wärmetauscherwendeln 3 eine Trennplatte 11 angeordnet, welche das Innere der Wärmetauscherwendeln 3 in zwei Teilräume trennt. Die Trennplatte 11 besteht aus zwei gegenüberliegende Platten, welche einen Wasserkanal bilden. Die Trennplatte 11 ist sowohl mit dem Vorlaufsammler 7 als auch Rücklaufsammler 6 auf der Seite des Abgasaustritts 10 verbunden. 2 zeigt diese Verbindung. Parallel zur Trennplatte 11 mündet die Wärmetauscherwendel 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 in den selben Vorlauf- 7 und Rücklaufsammler 6. 1 shows a heater core 1 with a housing 8th and a metallic primary heat exchanger centrally disposed therein 2 , the four coaxial heat exchanger coils 3 features. The housing 8th is approximately cylindrical, so that the two outer of the juxtaposed heat exchanger coils 3 with the respective end walls 15 . 16 finish flush. Radial around the heat exchanger coils 3 is located up to the housing 8th an annular gap 17 , The individual heat exchanger coils 3 are made EP 678186 B1 known. In the heating heat exchanger 1 is coaxial with the heat exchanger coils 3 a gas-powered burner 9 arranged. The burner 9 is at the first end wall 15 of the housing 8th perpendicular to the central axis of the heat exchanger coils 3 arranged. At the second end wall 15 of the housing 8th there is an exhaust gas outlet 10 , Each heat exchanger coil 3 has an entrance 4 as well as an exit 5 , Two heat exchanger coils each 3 are fluidically interconnected, so their inputs 4 from a common return collector 6 be fed and the outputs 5 in a common forerunner 7 lead. The return line 12 a not shown heating circuit is connected to the return collector 6 the two heat exchanger coils 3 on the side of the exhaust outlet 10 connected. The forerunner 7 the two heat exchanger coils 3 on the side of the exhaust outlet 10 is with the return collector 6 the two heat exchanger coils 3 on the side of the burner 9 connected. The forerunner 7 the two heat exchanger coils 3 on the side of the burner 9 is with the supply line 13 connected to the heating circuit not shown. Between the burner 9 and the exhaust outlet 10 is between two heat exchanger coils 3 a partition plate 11 arranged, which the interior of the heat exchanger coils 3 separates into two subspaces. The partition plate 11 consists of two opposite plates, which form a water channel. The partition plate 11 is both with the flow collector 7 as well as return collectors 6 on the side of the exhaust outlet 10 connected. 2 shows this connection. Parallel to the separating plate 11 opens the heat exchanger coil 3 on the side of the exhaust outlet 10 in the same preliminary 7 and return collectors 6 ,

In 3 ist der Strömungsverlauf in der wassergekühlten Trennplatte 11 vom Eingang 4 zum Ausgang 5 dargestellt. Eine sogenannte ying-yang-Wasserführung 14 sorgt für eine mehrfache Umlenkung, um Totwassergebiete zu vermeiden und eine Durchströmung der gesamten Fläche zu ermöglichen. Alternativ ist eine mäanderförmige Strömungsführung hierzu geeignet.In 3 is the flow path in the water-cooled partition plate 11 from the entrance 4 to the output 5 shown. A so-called ying-yang waterway 14 provides a multiple deflection to avoid dead water areas and to allow a flow through the entire area. Alternatively, a meander-shaped flow guide is suitable for this purpose.

Beim Betrieb des Brenners 9 strömen dessen heiße Abgase zunächst auf der dem Abgasaustritt 10 abgewandten Seite der Trennplatte 11 durch die Wärmetauscherwendeln 3 nach außen und geben thermische Energie an die Wärmetauscherwendeln 3 ab. Ein Teil der Energie wird auch über Strahlung und Konvektion an die Trennplatte 11 abgegeben. Die Abgase werden dann auf der dem Brenner 9 abgewandten Seite der Wärmetauscherwendeln 3 zu den Wärmetauscherwendeln 3 neben dem Abgasaustritt 10 gelenkt und strömen durch die dortigen Wärmetauscherwendeln 3 nach innen und geben hierbei thermische Energie an die Wärmetauscherwendeln 3 ab. Ferner wird auch hier thermische Energie auf die wassergekühlte Trennplatte 11 übertragen. Letztendlich strömen die abgekühlten Abgase durch den Abgasaustritt 10, von wo sie in die Umgebung geleitet werden. When operating the burner 9 the hot exhaust gases initially flow on the exhaust gas outlet 10 opposite side of the partition plate 11 through the heat exchanger coils 3 to the outside and give thermal energy to the heat exchanger coils 3 from. Part of the energy is also transmitted to the partition plate via radiation and convection 11 issued. The exhaust gases are then on the burner 9 opposite side of the heat exchanger coils 3 to the heat exchanger coils 3 next to the exhaust outlet 10 steered and flow through the local heat exchanger coils 3 inward and give this thermal energy to the heat exchanger coils 3 from. Furthermore, thermal energy is also applied to the water-cooled separating plate 11 transfer. Ultimately, the cooled exhaust gases flow through the exhaust outlet 10 from where they are directed into the environment.

Um die Abgase des Brenners 9 möglichst weit abzukühlen, ist es sinnvoll, wenn der Rücklauf des Heizungskreislaufs mit der Wärmetauscherwendel 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 sowie der Trennplatte 11 verbunden ist und die Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Brenners 9 mit dem Vorlauf des Heizungskreislaufs. To the exhaust gases of the burner 9 To cool as far as possible, it makes sense if the return of the heating circuit with the heat exchanger coil 3 on the side of the exhaust outlet 10 as well as the partition plate 11 is connected and the heat exchanger coils 3 on the side of the burner 9 with the flow of the heating circuit.

Die Trennplatte 11 hat in der Regel den gleichen Umfang wie die Wärmetauscherwendeln 3. Sie kann jedoch auch kleiner sein und lediglich derart in die Wärmetauscherwendeln 3 von innen hineinragen, dass ein direkter Abgasstrom vom Brenner 9 zum Abgasaustritt 10 ohne Durchströmung der Wärmetauscherwendeln 3 verhindert wird.The partition plate 11 usually has the same circumference as the heat exchanger coils 3 , However, it can also be smaller and only in the heat exchanger coils 3 protrude from the inside, that a direct exhaust gas flow from the burner 9 to the exhaust outlet 10 without flow through the heat exchanger coils 3 is prevented.

Die Trennplatte 11 kann optional auf der Außenseite über eine Kontur oder Rippen verfügen, um die Wärmetauscherfläche zu vergrößern. The partition plate 11 may optionally have a contour or ribs on the outside to increase the heat exchanger area.

Je nach Leistung des Brenners 9 variiert die Anzahl der Wärmetauscherwendeln 3; je größer die Leistung ist, desto mehr Wärmetauscherfläche wird zur Übertragung der thermischen Leistung benötigt. Depending on the power of the burner 9 the number of heat exchanger coils varies 3 ; the greater the power, the more heat exchanger area needed to transmit the thermal power.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Heizungswärmetauscher Heater core
22: Primärwärmeaustauscher Primary heat exchanger
33: Wärmetauscherwendel spiral heat exchanger
44: Eingang entrance
55: Ausgang output
66: Rücklaufsammler Return collector
77: Vorlaufsammler leading collectors
88th: Gehäuse casing
99: Brenner burner
1010: Abgasaustritt exhaust outlet
1111: Trennplatte separating plate
1212: Rücklaufleitung Return line
1313: Vorlaufleitung supply line
1414: ying-yang-Wasserführung ying-yang-water flow
1515: erste Stirnwand first end wall
1616: zweite Stirnwand second end wall
1717: Ringspalt annular gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 678186 B1 [0002, 0011]
EP 1561075 B1 [0002]

Claims

Heating heat exchanger ( 1 ) with a housing ( 8th ) with two end walls ( 15 ) and one between the end walls ( 15 . 16 ) centrally arranged primary heat exchanger ( 2 ), which via at least two coaxial juxtaposed heat exchanger coils ( 3 ), wherein the two outer heat exchanger coils ( 3 ) with the respective end walls ( 15 . 16 ) terminate flush as far as possible and radially around the heat exchanger coils ( 3 ) to the housing ( 8th ) an annular gap ( 16 ) is present in the first end wall ( 15 ) a recording for a burner ( 9 ) is present and the second end wall ( 16 ) via an exhaust gas outlet ( 10 ) and further between two heat exchanger coils ( 3 ) a separating plate ( 11 ), characterized in that the partition wall ( 11 ) is designed as a hollow body and with the heat exchanger coils ( 3 ) is connected in series and / or in parallel on the fluid side.

Heating heat exchanger ( 1 ) according to claim 1, characterized in that each heat exchanger coil ( 3 ) via an entrance ( 4 ) as well as an output ( 5 ).

Heating heat exchanger ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the inputs ( 4 ) at least two heat exchanger coils ( 3 ) in a common return collector ( 6 ) and / or the outputs ( 5 ) at least two heat exchanger coils ( 3 ) in a common flow collector ( 7 ).

Heating heat exchanger ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the inputs ( 4 ) at least one heat exchanger coil ( 3 ) as well as the separating plate ( 11 ) in a common return collector ( 6 ) and / or the outputs ( 5 ) at least one heat exchanger coil ( 3 ) as well as the separating plate ( 11 ) in a common flow collector ( 7 ).

Heating heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the output ( 5 ) at least one heat exchanger coil ( 3 ) and / or the partition ( 11 ) with the entrance ( 4 ) another heat exchanger coil ( 3 ) connected is.

Heating heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the separating plate ( 11 ) has on the outside over a contour and / or ribs.

Heating heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the separating plate ( 11 ) in the interior via a multiple deflection, preferably in the form of a ying-yang water supply 14 features.