DE10241060A1

DE10241060A1 - Heat exchanger for fuel-heated water heaters

Info

Publication number: DE10241060A1
Application number: DE2002141060
Authority: DE
Inventors: Michael Plothe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-03-18
Also published as: EP1396688A2; EP1396688A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für brennstoffbeheizte Wassererhitzer mit wasserführenden Rohren, die mindestens zwei übereinander angeordnete Reihen bilden, und mindestens einem von den Rohren durchsetzten Paket aus Lamellen, die zwischen sich Spalte zum Durchtritt der Verbrennungsgase bilden und sich über ihre Schmalseiten vertikal nach oben hin verjüngen. Die Schmalseiten der Lamellen sind zu der Innenwand des Wassererhitzers annähernd abstandsfrei angeordnet, während die Breitseiten der Lamellen die Einlass- bzw. Auslass-Länge der Spalte definieren.The invention relates to a heat exchanger for fuel-heated water heaters with water-carrying pipes, which form at least two rows arranged one above the other, and at least one packet of fins penetrated by the pipes, which form gaps between them for the passage of the combustion gases and taper vertically upwards over their narrow sides , The narrow sides of the fins are arranged approximately free of distance from the inner wall of the water heater, while the broad sides of the fins define the inlet and outlet lengths of the gaps.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für brennstoffbeheizte Wassererhitzer und Zentralheizthermen mit wasserführenden Rohren, die mindestens zwei übereinander angeordnete Reihen bilden, und mindestens einem von den Rohren durchsetzten Paket aus Lamellen, die zwischen sich Spalte zum Durchtritt der Verbrennungsgase bilden und sich über ihre Schmalseiten vertikal nach oben hin verjüngen.The invention relates to a heat exchanger for fuel-heated Water heaters and central heating systems with water-carrying Pipes that are at least two on top of each other form arranged rows, and at least one penetrated by the tubes Package of lamellas that pass between them to pass through the column Combustion gases form and vertical over their narrow sides taper towards the top.

Stand der TechnikState of the art

Bei herkömmlichen Wärmeübertragern der eingangs genannten Art, wie sie z.B. in der AT 403 209 B beschrieben sind, erfolgt die Optimierung der Wärmeübertragung durch unterschiedliche Form und Größe der Lamellenpartien, die sich auf der vom Brenner abgekehrten Seite des Lamellenwärmetauschers befinden. Wegen dem konstanten Strömungsquerschnitt im Bereich des Wärmetauschers kommt es durch Abkühlung zur Verringerung der Geschwindigkeit der Gase, was zur Herabsetzung der Wärmeübertragung führt und somit unerwünscht ist.In conventional heat exchangers of the type mentioned The way they e.g. are described in AT 403 209 B. the optimization of heat transfer due to the different shape and size of the lamella sections on the side of the finned heat exchanger facing away from the burner are located. Because of the constant flow cross-section in the area of the heat exchanger it comes through cooling to reduce the speed of the gases, causing degradation heat transfer leads and therefore undesirable is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Wärmeübertrager ohne unangemessenen konstruktiven Aufwand so weiter zu bilden, dass sein Wirkungsgrad merklich erhöht wird.The invention is based, the generic heat exchanger to continue to educate without undue constructive effort that its efficiency increased noticeably becomes.

Vorteil der ErfindungAdvantage of invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the Features of claim 1 solved.

Demnach ist die Erfindung jedenfalls dann verwirklicht, wenn es sich um einen Wärmeübertrager handelt, der zum einen mit der Innenwand des Wassererhitzers abstandsfrei angeordnet ist, so dass die den Gasen entzogende Wärme nicht nur in die Rohre, sondern auch direkt in die Wand weitergeleitet wird, und zum anderen so ausgebildet ist, dass der Strömungsquerschnitt des Wärmeübertrager-Einlasses größer ist als der Strömungsquerschnitt der Wärmeübertrager-Auslasses, was zur Folge hat, dass der durch Abkühlen der Abgase entstehende Abfall der Geschwindigkeit der Gase beim Durchströmen des Wärmeübertragers teilweise kompensiert wird. Durch die Einbeziehung der Brennkammerwände zur Wärmeübertragung wird zudem eine maximale Kompaktheit des Wassererhitzers erreicht. Obwohl der Kompaktheit von Lamellen-Wärmeübertragern aufgrund der Forderung nach niedrigen CO-Emmissionen und hohen Wirkungsgraden Grenzen gesetzt werden. Eine Verringerung des Lamellenabstandes oder des Lamellenrohrabstandes ist sowohl aus thermodynamischer Sicht als auch aus Gründen eines zu geringen freien Abgasquerschnittes nicht sinnvoll. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Integration eines kompakten Wärmeübertragers in eine gekühlte Brennkammer erreicht, sowie eine Reduzierung des BauvoIumens von Gasheizgeräten und Gaswarmwasserbereitern. Schließlich ist auch von Bedeutung, dass die niedrigen CO-Emmissionen sowie ein hoher Wirkungsgrad beibehalten werden.At any rate, the invention is accordingly then realized if it is a heat exchanger that is used for one with the inner wall of the water heater spaced apart is so that the heat extracted from the gases does not only enter the pipes, but is also forwarded directly into the wall, and to the other is designed so that the flow cross section of the heat exchanger inlet is bigger than the flow cross section the heat exchanger outlet, which results did that by cooling it the exhaust gases decrease in the velocity of the gases as they flow through the heat exchanger is partially compensated. By including the combustion chamber walls heat transfer maximum compactness of the water heater is also achieved. Although the compactness of finned heat exchangers is due to the requirement set limits after low CO emissions and high efficiency become. There is a reduction in the fin spacing or the fin spacing both from a thermodynamic point of view and for reasons of one too small a free exhaust gas cross section does not make sense. Through the Measures according to the invention the integration of a compact heat exchanger into a cooled combustion chamber is achieved, as well as a reduction in the construction volume of gas heaters and Gas water heaters. Finally is also important that the low CO emissions as well high efficiency can be maintained.

Um die Stabilität der Wassererhitzer bei parallel zueinander und waagerecht verlaufenden Rohren sowie senkrecht zu den Rohren verlaufenden Lamellen zu optimieren, ist vorgesehen, dass die Schmalseiten der Lamellen mit der Innenwand über ihre ganze Länge verbunden sind. Im Rahmen dieses Erfindungsgedankens ist besonders zweckmäßig, wenn die Schmalseiten der Lamellen der Kontur der Innenwand angepasst und mit diesen schlüssig verbindbar sind.To ensure the stability of the water heater at parallel to each other and to horizontal pipes and perpendicular to it is intended to optimize the fins running along the pipes, that the narrow sides of the slats with the inner wall over their full length are connected. Within the scope of this inventive idea is special expedient if the narrow sides of the slats are adapted to the contour of the inner wall and conclusive with these are connectable.

Die Wärmeübertragung von den Gasen auf die Lamellen und von dort aus in die Rohre des Wassererhitzers kann ferner so verbessert werden, dass die Breitseiten der Lamellen geradlinig oder wellen- bzw. bogenförmig ausgebildet sind. Die nicht geradelinige Ausführungsform der Breitseiten der Lamellen hat zur Folge, dass das Verbrennungsgas beim Durchströmen der Wärmespalte gleichmäßig abgekühlt wird, was zur Veringerung des abgasseitigen Druckverlustes führt.The heat transfer from the gases to the Fins and from there into the pipes of the water heater be further improved so that the broad sides of the slats are straight or wave-like or arc-shaped are trained. The non-linear embodiment of the broad sides has the consequence that the combustion gas when flowing through the heat column is cooled evenly, which leads to a reduction in the exhaust-side pressure loss.

Durch die Verwendung von Rohren, deren Querschnitt vorzugsweise oval oder elliptisch ist, wird erreicht, dass bei besserer Durchströmung des Wärmeübertragers der Entzug der Wärme aus den Gasen bei geringem Druckverlust erfolgend kann.By using pipes, the cross section of which is preferably oval or elliptical is achieved, that with better flow of the heat exchanger the deprivation of heat from the gases with little pressure loss.

Die Erfindung betrifft auch einen brennstoffbeheizten Wassererhitzer, bei dem der erfindungsgemäße Wärmeübertrager eingesetzt wird.The invention also relates to a fuel-heated water heater in which the heat exchanger according to the invention is used.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below of embodiments explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 einen Teil eines Wassererhitzers im vertikalen Querschnitt, 1 part of a water heater in vertical cross section,

2 einen Teil eines anderen Wassererhitzers in Stirnansicht, 2 part of another water heater in front view,

3 eine Lamelle mit kreisrunden Rohren, 3 a lamella with circular tubes,

4 eine Lamelle mit ovalen Rohren und 4 a lamella with oval tubes and

5 eine Lamelle, deren Breitseiten bogenförmig ausgebildet sind. 5 a lamella, the broad sides of which are curved.

Ausführungsbeispielembodiment

In den 1 und 2 ist ein Wärmeübertrager 8 für brennstoffbeheizte Wassererhitzer 10 mit wasserführenden Rohren 12, 14, die zwei übereinander angeordnete Reihen 18, 20 bilden, und mindestens einem von den Rohren 12, 14 durchsetzten Paket aus Lamellen 22, 24, die zwischen sich Spalte 26, 28 zum Durchtritt der Verbrennungsgase bilden und sich über ihre Schmalseiten 30, 32 vertikal nach oben hin verjüngen, dargestellt. Die Schmalseiten 30, 32; 30', 32' der Lamellen 22,' 22' sind zu der Innenwand 1 des Wassererhitzers 10 spaltfrei angeorndet, während die Breitseiten 36, 38 der Lamellen 22, 22' die Einlassbzw. Auslasslänge der Spalte 26, 28 definieren. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Wärmeübertrager mit parallel zueinander und waagerecht verlaufenden Rohren 12, 14 sowie senkrechte zu den Rohren verlaufenden Lamellen 22, 24, die so ausgebildet sind, dass ihre Schmalseiten 30, 32; 30', 32' mit der Innenwand 1 über ihre ganze Länge spaltfrei angeordnet sind. Eine ganzflächige Verbindung zwischen den Lamellen und der Innenseite wird dadurch erreicht, dass die Schmalseiten 30, 32; 30', 32' der Lamellen 22, 22' der Kontur der Innenwand 1 angepasst und mit dieser formschlüssig verbindbar sind. Die Lamellen passen sich der Form der Seitenwände an, um grosse Spalte und damit thermische Verluste zu vermeiden. In einer Ausführung der Erfindung können die Lamellen wärmeleitend verbunden sein.In the 1 and 2 is a heat exchanger 8th for fuel-heated water heaters 10 with water pipes 12 . 14 , the two rows one above the other 18 . 20 form, and at least one of the tubes 12 . 14 enforced package of slats 22 . 24 that column between themselves 26 . 28 form for the passage of the combustion gases and over their narrow sides 30 . 32 taper vertically upwards, shown. The narrow sides 30 . 32 ; 30 ' . 32 ' of the slats 22 ' 22 ' are to the inner wall 1 of the water heater 10 arranged without gaps, while the broadsides 36 . 38 of the slats 22 . 22 ' the inlet or Outlet length of the column 26 . 28 define. In the present case, it is a heat exchanger with pipes running parallel to one another and horizontally 12 . 14 as well as vertical fins running to the pipes 22 . 24 that are designed so that their narrow sides 30 . 32 ; 30 ' . 32 ' with the inner wall 1 are arranged without gaps over their entire length. A full-surface connection between the slats and the inside is achieved in that the narrow sides 30 . 32 ; 30 ' . 32 ' of the slats 22 . 22 ' the contour of the inner wall 1 adapted and can be positively connected to it. The slats adapt to the shape of the side walls to avoid large gaps and thus thermal losses. In one embodiment of the invention, the fins can be connected in a heat-conducting manner.

Die 3, 4 und 5 lassen erkennen, dass die Breitseiten 36, 38; 36', 38' der Lamellen 22, 22' geradlinig oder wellen- bzw. bogenförmig ausgebildet sein können. Die Lamellen 22, 24; 22' erstrecken sich über die ganze Höhe des Paketes und sind von allen Rohren 12, 14 durchsetzt. Dabei kann der Querschnitt der Rohre 12, 14; 12', 14' kreisrund oder oval (1 und 4) sein. Die 1 und 2 lassen ferner erkennen, dass die Wand 4 im oberen Bereich nach innen zu abgebogen ist, so dass die abgebogenen Schenkel 13, 15 mit den Schmalseiten 30, 32; 30', 32' ganzflächig in Kontakt stehen. Durch diese Einstellung wird erreicht, dass die Ausströmgeschwindigkeit der Abgase beim Verlassen des Wärmeübertragers 8 gegenüber Ausführung mit senkrechten Seitenwänden erhöht ist. Die höchste Geschwindigkeit der Abgase, die den Brenner 2 verlassen und im Innenraum 3 expandieren, wird im unteren Bereich der Breitseite 38 erreicht. Die Brennkammer besteht regelmäßig aus einer dünnen, gut wärmeleitenden Wand 4 aus Kupfer und mit der Wand verlöteten äußeren Rohrschlangen 7, 9, die ebenfalls aus Kupfer bestehen können und die sich um die gesamte Brennkammer winden. Die thermischen Verluste über die Brennkammerwand 4 werden damit gering gehalten. Die zur Kühlung des Wärmeübertragers vorgesehene Flüssigkeit, regelmäßig Wasser, wird dem System durch die Leitung 6 zugeführt, während das erhitzte Wasser das System durch die Leitung 5 verlässt.The 3 . 4 and 5 indicate that the broadsides 36 . 38 ; 36 ' . 38 ' of the slats 22 . 22 ' can be rectilinear or wave-shaped or arc-shaped. The slats 22 . 24 ; 22 ' extend over the entire height of the package and are of all tubes 12 . 14 interspersed. The cross section of the pipes 12 . 14 ; 12 ' . 14 ' circular or oval ( 1 and 4 ) his. The 1 and 2 also show that the wall 4 is bent inwards in the upper area, so that the bent legs 13 . 15 with the narrow sides 30 . 32 ; 30 ' . 32 ' to be in full contact. This setting ensures that the outflow velocity of the exhaust gases when leaving the heat exchanger 8th is increased compared to the version with vertical side walls. The highest speed of the exhaust gases that the burner 2 leave and inside 3 expand, is in the lower part of the broadside 38 reached. The combustion chamber regularly consists of a thin, heat-conducting wall 4 made of copper and outer coils soldered to the wall 7 . 9 , which can also consist of copper and which wind around the entire combustion chamber. The thermal losses over the combustion chamber wall 4 are kept low. The liquid intended for cooling the heat exchanger, regularly water, is fed into the system through the line 6 fed while the heated water feeds the system through the pipe 5 leaves.

Der vorgeschlagene Wärmeübertrager besteht allgemein aus versetzt angeordneten, mehrlagigen ovalen oder elliptischen Lamellenrohren, den entsprechend geformte Lamellen und einer gekühlten Brennkammer, die sich zur Optimierung von Strömung und Wärmeübertragung verjüngt.The proposed heat exchanger consists generally of staggered, multilayer oval or elliptical finned tubes, the correspondingly shaped fins and a chilled one Combustion chamber that tapers to optimize flow and heat transfer.

Der niedrige abgasseitige Druckverlust wird durch die versetzte Anordnung der Lamellenrohre sowie durch den Einsatz von elliptischen oder ovalen Rohrprofilen erzielt. Der mögliche Druckverlust kann jedoch auch durch strömungslenkende Ausstellungen oder Prägungen erzielt werden.The low exhaust pressure drop is due to the staggered arrangement of the finned tubes and achieved the use of elliptical or oval tube profiles. The possible However, pressure loss can also result from flow-directing exhibitions or embossing be achieved.

Die Brennkammer, umwickelt mit Rohrschlangen aus ebenfalls gut wärmeleitendem Material, nimmt bereits einen Teil der zu übertragenden Heizleistung auf. Der Lamellenwärmeübertrager kann gegenüber ungekühlten Brennkammern entsprechend kleiner ausfallen.The combustion chamber, wrapped in coils also of good thermal conductivity Material already absorbs part of the heat output to be transferred. The finned heat exchanger can across from uncooled Combustion chambers are correspondingly smaller.

Claims

Heat exchanger ( 8th ) for fuel-heated water heaters and central heating systems ( 10 ) with water-carrying pipes ( 12 . 14 ), the at least two rows arranged one above the other ( 18 . 20 ) and at least one of the tubes ( 12 . 14 ) enforced package of slats ( 22 . 24 ), the column between them ( 26 . 28 ) form for the passage of the combustion gases and over their narrow sides ( 30 . 32 ) taper vertically upwards, characterized in that the narrow sides ( 30 . 32 ; 30 ' . 32 ' ) of the slats ( 22 . 22 ' ) to the inner wall ( 1 ) of the water heater ( 10 ) are arranged almost without a gap, while the broad sides ( 36 . 38 ) of the slats ( 22 . 22 ' ) the inlet or outlet length of the column ( 26 . 28 ) define.

Heat exchanger according to claim 1 with parallel to each other and horizontally extending tubes and fins extending perpendicular to the tubes, characterized in that the narrow sides ( 30 . 32 ; 30 ' . 32 ' ) of the slats ( 22 . 22 ' ) to the inner wall ( 1 ) are spaced along their entire length.

Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the narrow sides ( 30 . 32 . 30 ' . 32 ' ) of the slats ( 22 . 22 ' ) the contour of the inner wall ( 1 ) are adapted and can be positively connected to it.

Heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that the broad sides ( 36 . 38 ; 36 ' . 38 ' ) of the slats ( 22 . 22 ' ) are straight, wavy or curved.

Heat exchanger according to claim 1 to 4, characterized in that the fins ( 22 . 24 . 22 ' ) extend over the entire height of the package and from all pipes ( 12 . 14 ) are enforced.

Heat exchanger according to claim 1 to 5, characterized in that the cross section of the tubes ( 12 . 14 . 12 ' . 14 ' ) is oval or elliptical.

Fuel-heated water heater, characterized by a Heat exchanger according to one of the claims 1 to 6.