DE29803236U1 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.
Bei bekannten Wärmetauschern sind die Rohre meist mit Lamellen versehen, um den Wärmeübergang zu verbessern. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil eines doch sehr erheblichen Aufwandes. Außerdem ergeben sich durch die Verlötung beziehungsweise Verschweißung der Lamellen mit den Rohren Veränderungen im Gefüge der Rohre, was zu einer erhöhten Korrosionsgefahr führt, wobei die Aufbringung der Lamellen auf die Rohre des Wärmetauschers einen erheblichen Aufwand erfordert. Dabei ist es erforderlich, die einzelnen Rohre in einer Wand eines Heizschachtes anzuordnen und zu fixieren, wobei die Rohre die Wand durchsetzen. Dabei ist es aufgrund der Lamellen notwendig, die einzelnen Rohre über separate Rohrkrümmer miteinander zu verbinden.In known heat exchangers, the pipes are usually provided with fins to improve heat transfer. However, this has the disadvantage of being very expensive. In addition, soldering or welding the fins to the pipes results in changes in the structure of the pipes, which leads to an increased risk of corrosion, and applying the fins to the heat exchanger pipes requires considerable effort. It is necessary to arrange and fix the individual pipes in a wall of a heating shaft, with the pipes penetrating the wall. Due to the fins, it is necessary to connect the individual pipes to one another using separate pipe bends.
Es sind auch schon Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art bekannt geworden, die mit Aluminiumrohren bestückt sind. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß diese Aluminiumrohre aufgrund der relativ geringen Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums eine relativ dicke Wandstärke aufweisen müssen, wodurch der Wärmeübergang verschlechtert wird und sich erhebliche Standzeitprobleme ergeben.Heat exchangers of the type mentioned above that are equipped with aluminum tubes are already known. However, this has the disadvantage that these aluminum tubes must have relatively thick walls due to the relatively low corrosion resistance of aluminum, which impairs heat transfer and results in considerable service life problems.
Bei Glattrohr-Wärmetauschern ist der Wärmeübergang, verglichen mit Rippenwärmetauschern, auf der Abgasseite durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten wesentlich höher. Gleichzeitig ist die mittlere Oberflächentemperatur erheblich niedriger. Der höhereIn smooth tube heat exchangers, the heat transfer is significantly higher on the exhaust side due to the high flow velocities compared to finned heat exchangers. At the same time, the average surface temperature is significantly lower. The higher
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abgasseitige Druckverlust über dem Wärmetauscher kann durch die bei den Wasserheizern meist eingesetzten Gebläse ohne Probleme aufgebracht werden.The exhaust-side pressure loss across the heat exchanger can be easily compensated for by the fans usually used in water heaters.
Da außerdem bei Glattrohren das Verhältnis von wasserseitigen zur abgasseitigen Wärmeübertragungsfläche deutlich größer ist, kann Sieden auch bei sehr niedrigen Wasserdrücken praktisch nicht mehr auftreten. Die abgasseitige Wärmeübertragungsfläche kann sich deshalb wegen des besseren Wärmeüberganges um ca. den Faktor 4 im Vergleich zu den Rippenrohrwärmetauscher verringern.In addition, since the ratio of the water-side to the exhaust-side heat transfer surface is significantly larger with smooth tubes, boiling can practically no longer occur even at very low water pressures. The exhaust-side heat transfer surface can therefore be reduced by a factor of around 4 compared to finned tube heat exchangers due to the better heat transfer.
Die bisher bekannten Wärmetauscherkonzepte mit Glattrohren benötigen ein großes Bauvolumen oder sind nur für Topfbrenner geeignet.The heat exchanger concepts with smooth tubes known to date require a large installation volume or are only suitable for pot burners.
Ziel der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet. >The aim of the invention is to propose a heat exchanger of the type mentioned at the beginning, which is characterized by a simple structure. >
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Rohre selbst einen Wärmetauscherblock bilden und nicht in einer Wand eines Heizschachtes gehalten werden müssen, sondern die miteinander verschweißten Aufweitungen der Rohre praktisch eine Wand eines Heizschachtes bilden beziehungsweise, es kann ein Heizschacht direkt auf den Wärmetauscher aufgesetzt werden. Weiter kann bei Brennwertgeräten eine Kondensatwanne direkt unter dem Wärmetauscher angesetzt werden. Dadurch ergibt sich auch der Vorteil, daß der Heizschacht wesentlich kleiner ausgebildet sein kann als bei einer Rippenausführung eines Wärmetauschers. Außerdem kann eine eigene Kühlung für den Heizschacht entfalten und es kann auch die Kondensatwanne kleiner gehalten werden als bei Wärmetauschern in Rippenausführung.The proposed measures have the advantage that the pipes themselves form a heat exchanger block and do not have to be held in the wall of a heating shaft, but the welded expansions of the pipes practically form a wall of a heating shaft, or a heating shaft can be placed directly on the heat exchanger. In addition, a condensate tray can be placed directly under the heat exchanger in condensing boilers. This also has the advantage that the heating shaft can be made much smaller than with a finned heat exchanger. In addition, the heating shaft can have its own cooling system and the condensate tray can also be kept smaller than with finned heat exchangers.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es auch möglich, den Heizschacht mit Brenneraufnahme und die Kondensatwanne an den Wärmetauscher anzuschweißen.The proposed measures also make it possible to weld the heating shaft with burner holder and the condensate tray to the heat exchanger.
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Außerdem können die Umlenkungen durch einfache Hauben gebildet sein. Dabei ergibt sich auch die Möglichkeit, mittels einer Umlenkhaube mehrere Rohre parallel zu schalten.In addition, the deflections can be formed by simple hoods. This also makes it possible to connect several pipes in parallel using a deflection hood.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich eine einfach herstellbare und sichere Verbindung der Rohre.The features of claim 2 result in an easy-to-manufacture and secure connection of the pipes.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil eines sehr guten Wärmetausches, wobei die längere Achse des Querschnitts der Rohre in Strömungsrichtung der Brenngase eines Brenners eines Wasserheizers verläuft. Dadurch ergibt sich eine entsprechend große Länge, in der die heißen Brenngase mit jedem einzelnen Rohr in Kontakt sind.The features of claim 3 result in the advantage of a very good heat exchange, whereby the longer axis of the cross section of the tubes runs in the flow direction of the combustion gases of a burner of a water heater. This results in a correspondingly large length in which the hot combustion gases are in contact with each individual tube.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, daß der Abstand zwischen den einzelnen Rohren eines Wärmetauscherblockes im wesentlichen konstant gehalten wird und es aufgrund von Wärmedehnungen nicht zu merklichen örtlichen Verengungen des Strömungsquerschnittes für die Brenngase zwischen den einzelnen Rohren des Wärmetauschers kommt. Dadurch wird verhindert, daß die Durchströmung einzelner Strömungskanäle in nennenswertem Ausmaß behindert wird, wodurch ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt ist.The features of claim 4 result in the advantage that the distance between the individual tubes of a heat exchanger block is kept essentially constant and that there are no noticeable local narrowings of the flow cross-section for the combustion gases between the individual tubes of the heat exchanger due to thermal expansion. This prevents the flow through individual flow channels from being obstructed to any significant extent, thus ensuring a high level of efficiency.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, daß die Volumenverminderung der Brenngase aufgrund deren Abkühlung berücksichtigt werden kann und die Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Höhe des Wärmetauschers konstant gehalten werden kann.The features of claim 5 result in the advantage that the reduction in volume of the combustion gases due to their cooling can be taken into account and the flow velocity can be kept constant over the entire height of the heat exchanger.
Durch die Maßnahmen der Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil, daß die Temperatur der Brenngase im wesentlichen auf die Temperatur des Wassers im Rücklauf abgesenkt werden kann.The measures of the features of claim 6 result in the advantage that the temperature of the combustion gases can be reduced essentially to the temperature of the water in the return line.
Grundsätzlich ist es bei den erfindungsgemäßen Wärmetauschern möglich, die Rohrbreite, Rohrhöhe und Anzahl der Rohrreihen zu variieren, um den Wärmetauscher an die Form jeden Flächenbrenners und an die speziellen Anwendungsbedingungen anpassen zu können. Dabei sind erfindungsgemäße Wärmetauscher vorzugsweise für Brennwertgeräte geeignet. Sie sind aber auch für alle Heiz- und Warmwassergeräte mit Gebläse einsetzbar und haben auch gegenüber den derzeitigen Lamellenwärmetauschern in bezug auf Kompaktheit, Gewicht und Herstellungsaufwand Vorteile.In principle, it is possible to vary the tube width, tube height and number of tube rows in the heat exchangers according to the invention in order to be able to adapt the heat exchanger to the shape of each surface burner and to the specific application conditions. Heat exchangers according to the invention are preferably suitable for condensing boilers. However, they can also be used for all heating and hot water devices with a fan and also have advantages over current finned heat exchangers in terms of compactness, weight and manufacturing costs.
Durch die Merkmale des Anspruches 7 können die Rohrreihen, der Heizschacht und die Kondensatwanne bündig aufeinander gesetzt werden.Due to the features of claim 7, the rows of pipes, the heating shaft and the condensate tray can be placed flush with one another.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 schematisch eine Heizeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher,The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a schematic diagram of a heating device with a heat exchanger according to the invention,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher, Fig. 3 ein Detail des Wärmetauschers nach den Fig. 1 und 2 und Fig. 4 eine Draufsicht auf ein einzelnes Rohr in vergrößertem Maßstab. Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.Fig. 2 is a plan view of a heat exchanger according to the invention, Fig. 3 is a detail of the heat exchanger according to Figs. 1 and 2 and Fig. 4 is a plan view of an individual tube on an enlarged scale. The same reference numerals indicate the same details in all figures.
Die Heizeinrichtung nach der Fig. 1 weist einen Heizschacht 1 mit einer Brenneraufnahme und einem Wärmetauscher 3 auf, unter dem eine Kondensatwanne 4 angeordnet ist, die mit einem Kondensatablauf 5 versehen ist. Dabei ist die Kondensatwanne 4 mit einem nicht dargestellten Abgasabzug versehen.The heating device according to Fig. 1 has a heating shaft 1 with a burner holder and a heat exchanger 3, under which a condensate tray 4 is arranged, which is provided with a condensate drain 5. The condensate tray 4 is provided with an exhaust gas outlet (not shown).
Der Wärmetauscher 3 ist im wesentlichen aus Glattrohren 6 gebildet, die, wie insbesondere aus der Fig. 3 zu ersehen ist, einen im wesentlichen ovalen Querschnitt aufweisen, die in ihren Endbereichen 7 auf einen rechteckigen Querschnitt aufgeweitet sind.The heat exchanger 3 is essentially formed from smooth tubes 6 which, as can be seen in particular from Fig. 3, have a substantially oval cross-section which are expanded in their end regions 7 to a rectangular cross-section.
Die Ränder der aufgeweiteten Endbereiche 7 sind, wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, miteinander verschweißt oder verlötet. Dadurch entsteht praktisch eine dichte Wand, die wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, den Heizschacht 1 fortsetzt.The edges of the widened end regions 7 are welded or soldered together, as can be seen from Fig. 3. This practically creates a tight wall which, as can be seen from Fig. 1, continues the heating shaft 1.
Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, verbleibt zwischen zwei benachbarten Rohren 6 in deren mittlerem Längsbereich ein Spalt 8. Dabei können die Rohre 6 mit noppenartigen Ausbauchungen 12 versehen sein, die zur Festlegung des Spaltes 8 zwischen den benachbarten Rohren 6 dienen.As can be seen from Fig. 2, a gap 8 remains between two adjacent pipes 6 in their middle longitudinal region. The pipes 6 can be provided with knob-like bulges 12, which serve to define the gap 8 between the adjacent pipes 6.
Die Enden der Rohre 6 sind mit Umlenkungen 9 verschweißt, die im wesentlichen haubenförmig ausgebildet sind. Dabei ist es auch möglich, mehrere Rohre 6 hydraulisch parallel zu schalten und Gruppen von parallel geschalteten Rohren 6 in Reihe zu schalten.The ends of the pipes 6 are welded to deflectors 9, which are essentially hood-shaped. It is also possible to connect several pipes 6 hydraulically in parallel and to connect groups of parallel-connected pipes 6 in series.
Weiter ist mindestens ein Einlaß 10 und ein Auslaß 12 vorgesehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit je zwei parallel geschalteten Rohren verbunden sind. Die Umlenkungen 9 erstrecken sich dabei über je vier Rohre 6.Furthermore, at least one inlet 10 and one outlet 12 are provided, which in the illustrated embodiment are each connected to two parallel pipes. The deflections 9 extend over four pipes 6 each.
Beim Betrieb durchströmen die Brenngase des in der Fig. 1 nicht dargestellten Brenners, von oben beginnend die Spalte 8 des Wärmetauschers und geben dabei die Wärme an die aus Edelstahl hergestellten Rohre 6 beziehungsweise an das diese durchströmende Wasser ab. Dabei kann die Breite der Spalte 8 in Strömungsrichtung der Brenngase bei mehrlagigen Wärmetauschern 3 abnehmen, um die Volumenverminderung der Brenngase aufgrund der Abkühlung zu berücksichtigen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Brenngase im Bereich des Wärmetauschers 3 im wesentlichen konstant bleibt.During operation, the combustion gases of the burner (not shown in Fig. 1) flow through the gap 8 of the heat exchanger, starting from the top, and thereby give off the heat to the pipes 6 made of stainless steel or to the water flowing through them. The width of the gap 8 in the flow direction of the combustion gases can decrease in multi-layer heat exchangers 3 in order to take into account the reduction in volume of the combustion gases due to cooling, so that the flow rate of the combustion gases in the area of the heat exchanger 3 remains essentially constant.
Bei mehrlagigen Wärmetauschern 3 kann die Wasserführung zweckmäßigerweise in der Weise erfolgen, daß sich ein Gegenstrom zu den Brenngasen ergibt, so daß die Temperatur der Brenngase auf die Temperatur des rücklaufenden Wassers abgekühlt werden kann, wodurch sich ein sehr guter Wirkungsgrad ergibt.In multi-layer heat exchangers 3, the water can be expediently guided in such a way that a counterflow to the combustion gases is produced, so that the temperature of the combustion gases can be cooled to the temperature of the returning water, which results in very good efficiency.
Claims (1)
Rohre (6) lediglich an den längsseitigen Rohrwänden
vorgesehen sind.Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that widenings of the end regions of the
Pipes (6) only on the longitudinal pipe walls
are provided.
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