EP0128463B1 - Raumheizgerät für Kleinräume - Google Patents
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- EP0128463B1 EP0128463B1 EP84106191A EP84106191A EP0128463B1 EP 0128463 B1 EP0128463 B1 EP 0128463B1 EP 84106191 A EP84106191 A EP 84106191A EP 84106191 A EP84106191 A EP 84106191A EP 0128463 B1 EP0128463 B1 EP 0128463B1
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- heat exchanger
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- heating
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- heating appliance
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H3/00—Air heaters
- F24H3/02—Air heaters with forced circulation
- F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
- F24H3/065—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators using fluid fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
- F24C1/00—Stoves or ranges in which the fuel or energy supply is not restricted to solid fuel or to a type covered by a single one of the following groups F24C3/00 - F24C9/00; Stoves or ranges in which the type of fuel or energy supply is not specified
- F24C1/14—Radiation heating stoves and ranges, with additional provision for convection heating
Definitions
- the invention relates to a space heater for small rooms, in particular for mobile spaces, such as caravans, vehicle and ship cabins, according to the preamble of claim 1.
- a known boiler for heating air or water (DE-B-2 919 306) is equipped with a heat exchanger which surrounds an elongated combustion chamber cylinder at a distance and which is designed in the form of a wave jacket.
- the deflected combustion gases and the outside the heating air are guided along these longitudinal wave channels distributed over the circumference of the jacket. Since the combustion chamber cylinder extends only to half the length of the heat exchanger and there is a larger circumferential gap between it and the shaft jacket, the combustion gases are deflected towards the outlet channel from the middle of the heat exchanger. Therefore, only a short heat exchanger section is heated effectively.
- the inner shaft channels intended for removing the deflected combustion gases open into a collecting space which is formed around the burner between the strongly constricted combustion chamber cylinder and a front plate.
- an exhaust gas channel is provided which increases the exhaust gas flow especially in these subsequent wave channels, while only a reduced exhaust of the combustion gases is achieved from the more distant wave channels and from the remote areas of the collecting space.
- This uneven distribution of the combustion gases also leads to uneven heat transfer to the heat exchanger.
- a housing jacket surrounding the heat exchanger is not suitable in its design and with its connecting channels for a flow of hot air, which is why this boiler cannot meet the requirements for a heater for small rooms.
- Another heating device which is primarily designed to heat large amounts of air to supply greenhouses or the like to large rooms, provides for an extended combustion chamber cylinder which extends close to the end of the heat exchanger. Also, the waves of this wave jacket forming the heat exchanger lie on the inside on the combustion chamber cylinder and on the outside on an outer jacket, so that separate flow channels are present both for the deflected combustion gases and for the heating air to be heated. Since the heat exchanger extends to a front plate on the burner side, the inner shaft channels are open to a central collecting space created by a narrowed burner tube.
- combustion gases to be removed are therefore collected centrally within the heat exchanger and discharged to the outside through an edge connection, which is why these combustion gases cannot be drawn off evenly from all the shaft channels.
- This collecting space can also only be accommodated on relatively large-sized heaters.
- the cross section of this heater and thus also that of the heat exchanger is square, so that the flow channels close to the corner are still further away from the exhaust duct and this makes uniform exhaust gas extraction even more difficult.
- the complex design of this large-area heater cannot be used for a small-room heater either.
- the invention is therefore based on the object to provide a heater for small rooms, which ensures a largely uniform combustion gas flow over the full extent and thereby a uniform and increased heating of the heating air and the construction of which is suitable for a particularly powerful small room heater.
- the combustion gases and the heating air to be heated are fanned out on separate wave channels and guided along them, so that a uniform and intensive heat transfer can take place through this vortex-free flow around the heat exchanger , which heats the heating air flowing in the opposite direction quickly and effectively.
- the flame tube which also surrounds the burner at a favorable distance, extends close to the end of the heat exchanger, which is why the combustion gases are also effective over the entire length of the heat exchanger, especially when the jacket shafts are heated directly by the flame tube.
- a burner 2 in the space heater shown in simplified form, there is a burner 2, not described in more detail, in a combustion chamber 1.
- a flame tube is fitted with this plug-on end 8 onto this burner 2.
- This flame tube extends upwards in the interior of a heat exchanger 10, where it ends with its upper outlet opening 5 shortly before a ceiling surface 23 of the heat exchanger.
- a protective plate 7 is placed on the flame tube, which protects the heat exchanger top surface 23 from overheating.
- the flame tube is formed from a suitable and appropriately surface-treated sheet metal blank, expediently at least one expansion fold (not visible) is formed along a surface line to absorb thermal expansions that occur.
- the heat exchanger 10 expediently a shaped piece made of an aluminum alloy, forms an annular space 11 at its open end by means of a base cylinder 13.
- a base collar 14 can also be designed to hold the heat exchanger on a base attachment (not shown).
- An outlet connection 12 leads from the annular space 11 for the extraction of the combustion gases to the outside.
- the heat exchanger is formed by a wave jacket 15. This consists of waves 16 running evenly around the circumference, the outer wave crests 18 and inner wave troughs 17 of which lie on an imaginary circle.
- the shaft walls 19, which delimit the inwardly open shaft channels 20, are approximately parallel to one another.
- the combustion gases flow downwards after exiting the flame tube and are deflected at the ceiling surface 23, where they are taken up by the annular space 11 and finally discharged to the outside through the outlet connection 12.
- the inner shaft channels 20 are closed at the top by deflecting walls 25, which slope downwards towards the outside and thereby form favorable deflecting surfaces for the combustion gases.
- the annular space 11 formed by the base cylinder 13 is delimited on the outside by the transition walls 26.
- the flame tube lies directly on the inner surfaces of the shafts 16, the heat is transferred directly from the flame tube to the heat exchanger.
- the flame tube 3 adjacent to the wave troughs 17 closes off these wave channels, so that the combustion gases are divided into a large number of individual streams, which fall down in the form of relatively narrow flow layers and are surrounded by relatively large heating surfaces. This results in a very even distribution of the combustion gases and thus also a uniform heat emission over the entire circumference of the heat exchanger.
- the annular space 11 acts here as a collecting space for the falling combustion gases and thus ensures their undisturbed extraction, even if there is only one outlet connection at one point.
- the heat exchanger according to the invention can be set up without a casing or similar covering and can act directly on the room air, which flows up along its outer shaft channels 21 and heats up.
- a more powerful device can be achieved in connection with a heating chamber jacket 28, which expediently surrounds the heat exchanger at full height and at a short distance from the wave crests 18.
- An air inlet opening 29 at the level of the annular space 11 enables sufficient air access, a slight expansion 31 of the heating space jacket in the lower area ensuring a uniform distribution of the inflowing air around the heat exchanger.
- the heating chamber jacket is brought together to form an air outlet opening 30, from which the heating air can either flow directly into the room to be heated or flow into a pipe system.
- the invention is not limited to the illustrated embodiment.
- a precisely cylindrical arrangement of the heat exchanger shaft jacket 15 and / or the flame tube 3 is also possible, although a predetermined conicity, which takes into account the gas concentration due to cooling and thereby avoids a flow delay, has a more advantageous effect.
- the jacket shafts do not necessarily have to extend over the entire length of the heat exchanger, which can be the case, for example, if they can only start in an upper region because of a different design of the combustion chamber and / or the heating air duct. If in the heat exchanger shown, the jacket shafts are lined up in close succession, this includes a different design with z. B. wider wave valleys and / or mountains, which can also be different, not. It has proven to be particularly advantageous if the height of the jacket waves 16 is approximately one fifth to one half of the radius of the circle circumscribing the jacket waves.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Raumheizgerät für Kleinräume, insbesondere für fahrbare Räume, wie Wohnwagen, Fahrzeug- und Schiffskabinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Ein bekannter Heizkessel zum Erwärmen von Luft oder Wasser (DE-B-2 919 306) ist mit einem Wärmetauscher ausgerüstet, der einen verlängerten Brennkammerzylinder mit Abstand umgibt und der in Form eines Wellenmantels ausgebildet ist. In diesen auf den Mantelumfang verteilten, längsgerichteten Wellenkanälen werden innen die umgelenkten Verbrennungsgase und außen die Heizluft entlanggeführt. Da der Brennkammerzylinder sich etwa nur auf die Hälfte der Wärmetauscherlänge erstreckt und zwischen ihm und dem Wellenmantel ein größerer Umfangsspalt vorhanden ist, werden die Verbrennungsgase bereits ab der Mitte des Wärmetauschers zum Austrittskanal hin umgelenkt. Deshalb wird auch nur ein kurzer Wärmetauscherabschnitt wirksam erwärmt. Die zum Abführen der umgelenkten Verbrennungsgase bestimmten inneren Wellenkanäle münden in einen Sammelraum, der um den Brenner herum zwischen dem stark eingeschnürten Brennkammerzylinder und einer Frontplatte ausgebildet ist. Am Rand dieses Sammelraumes in Verlängerung einiger Wellenkanäle ist ein Abgaskanal vorgesehen, der vor allem in diesen anschließenden Wellenkanälen die Abgasströmung verstärkt, während aus den entfernteren Wellenkanälen sowie aus den abgelegenen Bereichen des Sammelraumes nur ein verminderter Abzug der Verbrennungsgase erreicht wird. Diese ungleichmäßige Verteilung der Verbrennungsgase führt auch zu einer ungleichmäßigen Wärmeübertragung am Wärmetauscher. Hinzu kommt ferner, daß ein den Wärmetauscher umgebender Gehäusemantel in seiner Gestaltung und mit seinen Anschlußkanälen nicht für einen Heizluftstrom geeignet ist, weshalb dieser Heizkessel nicht die Anforderungen an ein Heizgerät für Kleinräume erfüllen kann. Ein anderes Heizgerät (GB-A-985 193), das vor allem zum Erwärmen großer Luftmengen zur Versorgung von Treibhäusern od. dgl. Großräumen ausgebildet ist, sieht einen verlängerten, bis nahe an das Ende des Wärmetauschers reichenden Brennkammerzylinder vor. Auch liegen die Wellen dieses den Wärmetauschers bildenden Wellenmantels innenseitig am Brennkammerzylinder und außenseitig an einem Außenmantel an, so daß sowohl für die umgelenkten Verbrennungsgase als auch für die zu erwärmende Heizluft voneinander abgeschlossene Strömungskanäle vorhanden sind. Da der Wärmetauscher brennerseitig bis zu einer Frontplatte reicht, sind die inneren Wellenkanäle gegen einen zentralen, durch ein verengtes Brennerrohr geschaffenen Sammelraum offen. Die abzuführenden Verbrennungsgase werden also zentral innerhalb des Wärmetauschers gesammelt und durch einen Randanschluß nach außen abgeführt, weshalb auch diese Verbrennungsgase nicht gleichmäßig aus allen Wellenkanälen abgezogen werden können. Dieser Sammelraum läßt sich auch nur an verhältnismäßig großräumigen Heizgeräten unterbringen. Zudem ist der Querschnitt dieses Heizgerätes und damit auch der des Wärmetauschers quadratisch, so daß die ecknahen Strömungskanäle vom Abzugskanal noch weiter entfernt sind und dadurch ein gleichmäßiger Abgasabzug zusätzlich erschwert wird. Die aufwendige Konstruktion dieses Großraum-Heizgerätes kann auch nicht für ein Kleinraum-Heizgerät Verwendung finden.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät für Kleinräume zu schaffen, das über den vollen Umfang eine weitgehend gleichmäßige Verbrennungsgasströmung und dadurch eine gleichmäßige und verstärkte Erwärmung der Heizluft gewährleistet und dessen Bauweise für ein besonders leistungsfähiges Kleinraum-Heizgerät geeignet ist.
- Diese Aufgabe wird an einem Raumheizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungsmerkmale dieses Anspruches gelöst.
- Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht.
- Durch die Verwendung eines an sich bekannten Wellenmantels für einen Wärmetauscher in einem Heizgerät für Kleinräume werden die Verbrennungsgase und die zu erwärmende Heizluft auf getrennte Wellenkanäle aufgefächert und in diesen entlanggeführt, so daß durch diese wirbelfreie Strömung rund um den Wärmetauscher eine gleichmäßige und intensive Wärmeübertragung erfolgen kann, die die in entgegengesetzter Richtung strömende Heizluft rasch und wirksam erwärmt. Das auch den Brenner in einem günstigen Abstand umgebende Flammrohr reicht bis nahe zum Wärmetauscherende, weshalb die Verbrennungsgase auch auf der ganzen Wärmetauscherlänge wirksam sind, insbesondere wenn die Mantelwellen vom Flammrohr direkt aufgeheizt werden. Da die inneren Wellenkanäle für Verbrennungsgase in einen von Einbauten freien Ringraum am Austrittsende des Wärmetauschers einmünden, wird ein strömungstechnisch günstiger Abzug für die gesammelten Verbrennungsgase geschaffen und dadurch eine weitgehend gleichmäßige Verteilung der Verbrennungsgasströ-4e mung auf den gesamten Wärmetauscherumfang gewährleistet. Ein am Wärmetauscherende ausgebildeter Ringraum ermöglicht außerdem eine einfache und wirtschaftlich vorteilhafte Herstellungsweise im Gieß- oder Preßgußverfahren für den Wärmetauscher. Ein solcher Wärmetauscher kann zur Erwärmung der Raumluft sowohl mit freiem Wellenmantel als auch in Verbindung mit einem Heizraummantel, der den Wellenmantel zweckmäßig in voller Höhe umschließt, Verwendung finden. Zur Steigerung der Strömung und damit der Heizleistung kann dieser Heißluftstrom noch durch ein Gebläse beaufschlagt sein.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, das auch in der Zeichnung schematisiert dargestellt ist, näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein einfaches Heizgerät, bei dem die Leitungs- und Gehäuseanschlüsse weggelassen sind und
- Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie 11-11 durch den Wärmetauscher der Fig. 1.
- In dem vereinfacht dargestellten Raumheizgerät befindet sich in einer Brennkammer 1 ein nicht näher beschriebener Brenner 2. Ein Flammrohr ist mit seinem Aufsteckende 8 auf diesen Brenner 2 aufgesetzt. Dieses Flammrohr erstreckt sich im Innern eines Wärmetauschers 10 nach oben, wo es mit seiner oberen Austrittsöffnung 5 kurz vor einer Deckenfläche 23 des Wärmetauschers endet. Mittels Stützen 6 ist auf das Flammrohr noch eine Schutzplatte 7 aufgesetzt, die die Wärmetauscher-Deckenfläche 23 vor Überhitzung schützt. Das Flammrohr ist aus einem geeigneten und entsprechend oberflächenbehandelten Blechzuschnitt geformt, wobei zweckmäßigerweise mindestens eine Dehnungsfalte (nicht sichtbar) entlang einer Mantellinie zum Auffangen auftretender Wärmedehnungen ausgebildet ist.
- Der Wärmetauscher 10, zweckmäßig ein Formstück aus einer Aluminiumlegierung, bildet an seinem offenen Ende durch einen Sockelzylinder 13 einen Ringraum 11. Ein Sockelbund 14 kann noch zur Halterung des Wärmetauschers auf einer Bodenbefestigung (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Vom Ringraum 11 führt ein Austrittsstutzen 12 für den Abzug der Verbrennungsgase nach außen. Der Wärmetauscher wird von einem Wellenmantel 15 gebildet. Dieser besteht aus gleichmäßig um den Umfang verlaufenden Wellen 16, deren äußere Wellenberge 18 und innere Wellentäler 17 jeweils auf einem gedachten Kreis liegen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) sind die Wellenwände 19, die die nach innen offenen Wellenkanäle 20 begrenzen, etwa parallel zueinander. In diesen Kanälen strömen die Verbrennungsgase nach dem Austritt aus dem Flammrohr und Umlenkung an der Deckenfläche 23 nach unten, wo sie vom Ringraum 11 aufgenommen und schließlich durch den Austrittsstutzen 12 ins Freie abgeführt werden. Die inneren Wellenkanäle 20 sind oben durch Umlenkwände 25 abgeschlossen, die nach außen schräg abfallen und dadurch günstige Umlenkflächen für die Verbrennungsgase bilden. Der vom Sockelzylinder 13 gebildete Ringraum 11 ist nach außen durch die Übergangswände 26 begrenzt.
- Liegt das Flammrohr, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, direkt an den Innenflächen der Wellen 16 an, dann wird vom Flammrohr die Wärme direkt auf den Wärmetauscher übertragen. Andererseits schließt das an den Wellentälern 17 anliegende Flammrohr 3 diese Wellenkanäle voneinander ab, so daß die Verbrennungsgase in eine Vielzahl von Einzelströmen aufgeteilt werden, die in Form von verhältnismäßig schmalen Strömungsschichten nach unten abfallen und dabei von verhältnismäßig großen Heizflächen umgeben sind. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr gleichmäßige Verteilung der Verbrennungsgase und damit auch eine gleichmäßige Wärmeabgabe auf den gesamten Umfang des Wärmetauschers. Der Ringraum 11 wirkt hierbei als Sammelraum für die abfallenden Verbrennungsgase und gewährleistet so ihren ungestörten Abzug, auch wenn nur an einer Stelle ein Austrittsstutzen vorhanden ist.
- Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann ohne Gehäusemantel od. dgl. Verkleidung aufgestellt werden und unmittelbar auf die Raumluft einwirken, die entlang seinen äußeren Wellenkanälen 21 hochströmt und sich erwärmt. Ein leistungsfähigeres Gerät läßt sich aber in Verbindung mit einem Heizraummantel 28 erreichen, der den Wärmetauscher zweckmäßigerweise auf voller Höhe und in geringem Abstand von den Wellenbergen 18 umgibt. Eine Lufteintrittsöffnung 29 auf der Höhe des Ringraumes 11 ermöglicht einen ausreichenden Luftzutritt, wobei eine geringfügige Erweiterung 31 des Heizraummantels im unteren Bereich für eine gleichmäßige Verteilung der zuströmenden Luft um den Wärmetauscher sorgt. Oberhalb des Wärmetauschers wird der Heizraummantel zu einer Luftaustrittsöffnung 30 zusammengeführt, aus der die Heizluft entweder direkt in den zu erwärmenden Raum aus- oder in ein Leitungssystem überströmen kann.
- Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So ist auch eine genau zylindrische Anordnung des Wärmetauscher-Wellenmantels 15 und/oder des Flammrohres 3 möglich, wenngleich eine vorbestimmte Konizität, die die Gaskonzentration infolge Abkühlung berücksichtigt und dadurch eine Strömungsverzögerung vermeidet, sich vorteilhafter auswirkt. Die Mantelwellen müssen sich nicht unbedingt auf die ganze Länge des Wärmetauschers erstrecken, was beispielsweise dann der Fall sein kann, wenn sie wegen einer anderen Gestaltung der Brennkammer und/oder der Heizluftführung erst in einem oberen Bereich beginnen können. Wenn beim dargestellten Wärmetauscher sich die Mantelwellen in dichter Folge aneinanderreihen, so schließt dies eine andere Gestaltung mit z. B. breiteren Wellentälern und/oder -bergen, die auch unterschiedlich sein können, nicht aus. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Höhe der Mantelwellen 16 etwa ein Fünftel bis ein halb des Radius des die Mantelwellen umschreibenden Kreises beträgt.
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