EP1541935A2 - Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät - Google Patents

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EP1541935A2
EP1541935A2 EP04029395A EP04029395A EP1541935A2 EP 1541935 A2 EP1541935 A2 EP 1541935A2 EP 04029395 A EP04029395 A EP 04029395A EP 04029395 A EP04029395 A EP 04029395A EP 1541935 A2 EP1541935 A2 EP 1541935A2
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exchanger housing
housing
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/263—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body with a dry-wall combustion chamber

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger assembly for a Heater, in particular vehicle heater, comprising an inner heat exchanger housing, this together with an outer heat exchanger housing, Mantle called, a flow space for medium to be heated limited.
  • used heat exchanger assemblies generally takes the inner heat exchanger housing of Heat is transported and transported to the combustion exhaust gases flowing therein this in the direction of the medium to be heated, so for example a liquid medium, such as. B. water.
  • a liquid medium such as. B. water.
  • the heat transfer from the hot combustion exhaust gases to the medium to be heated possible without heat transfer losses, d. H. through the inner Heat exchanger housing should have the lowest possible heat transfer resistance to be provided.
  • the two heat exchanger housings are made of the same material, the problem is that the medium to be heated, via the inner heat exchanger housing Heat is supplied, this heat then on the outer heat exchanger housing transmits and from this the heat then emitted to the environment as radiant heat.
  • a heat exchanger arrangement for a heater in particular vehicle heater, comprising inner heat exchanger housing, which together with an outer Heat exchanger housing a flow space for medium to be heated limited, wherein the outer heat exchanger housing made of magnesium or Magnesium containing material is formed.
  • the inner heat exchanger housing and the outer heat exchanger housing is substantially pot-shaped are.
  • outer heat exchanger housing made of magnesium or a magnesium-containing material is for efficient heat transfer from the combustion exhaust gases to the medium to be heated advantageous if the inner heat exchanger housing made of aluminum or an aluminum-containing material is formed.
  • a heat exchanger assembly according to the invention is general denoted by 10.
  • This heat exchanger assembly 10 is here in combination shown with a heater 12, of which the essential system areas are recognizable. So the heater includes a pot-like Combustor housing 14, which encloses a combustion chamber 16.
  • the fuel to be burned and the required Combustion air fed and at the in the Combustion chamber 16 running combustion produced combustion exhaust gases flow out of the direction of the Lssensache L open combustion chamber housing 14 through a flame cover 18 in a to the combustion chamber housing 14 subsequent flame tube 20 a.
  • the heat exchanger assembly 10 is a pot-like inner heat exchanger housing 24 and a surrounding and this essentially also cup-shaped ausgestaltetes outer heat exchanger housing 26 includes.
  • These two cup-shaped heat exchanger housings 24, 26 are in an edge region 28 to produce an im Essentially tight conclusion, for example, by gluing together firmly connected. This way will be between the two Heat exchanger housings 24, 26 a flow space 30 is formed, which the medium to be heated, so for example a liquid such as Water or the like, can flow through.
  • a liquid such as Water or the like
  • a bottom portion 32 of the inner heat exchanger housing 24 By one between the flame tube 20 and the peripheral wall portion 34 of the inner Heat exchanger housing 24 formed gap 36 flow the combustion exhaust gases then back towards combustion chamber housing 14 and then leave the arrangement in the region of an outlet opening. While streaming along the bottom portion 32 and peripheral wall portion 34 the combustion gases transfer heat to the inner heat exchanger housing 24, which in turn transfers the heat to that in the flow space 30 pouring medium.
  • the inner heat exchanger housing 24 at its Outside provided with a helical projection configuration 38 which, on the one hand, increases the interaction surface and the on the other hand ensures that the medium flowing in the flow space 30 takes a helical path and thus a comparatively long Has interaction range for heat absorption. Also in the ground area 32, projections 40 may be formed for improved heat transfer be.
  • the inner heat exchanger housing 24 be constructed of a material that on the one hand the high temperatures of the combustion gases can be exposed on the other hand, however, a comparatively low thermal resistance having.
  • a material for constructing the same which ensures that the recorded in the medium to be heated Heat is also essentially contained in it.
  • this outer heat exchanger housing 26 made of magnesium or a Magnesium-containing material, such as. B. a Magesiumlegtechnik, built up. This material has approx.
  • magnesium also has a significant weight reduction compared to, for example, aluminum housings result. Also, using this material, this outer Heat exchanger housings are manufactured with thinner material thickness, whereby on the one hand a compact design is possible and on the other due to the lower material volume also compared to aluminum higher price of magnesium can be compensated.
  • Farther is magnesium or a magnesium alloy material by a very high corrosion resistance and one compared to aluminum better castability, which in turn longer tool life Episode has. In the manufacture of such housing components made of magnesium or a magnesium alloy can have very low manufacturing tolerances be achieved. In addition, this material is characterized by a good machinability.
  • magnesium can also be used Connection method, such. B. bonding, very stable with others Materials, such. As aluminum, connect, so that a fluid-tight Completion of the flow space 30 can be ensured.

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Abstract

Eine Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, umfasst ein inneres Wärmetauschergehäuse (24), das zusammen mit einem äußeren Wärmetauschergehäuse (26) einen Strömungsraum (30) für zu erwärmendes Medium begrenzt, wobei das äußere Wärmetauschergehäuse (29) aus Magnesium oder Magnesium enthaltendem Material gebildet ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, umfassend ein inneres Wärmetauschergehäuse, das zusammen mit einem äußeren Wärmetauschergehäuse, Mantel genannt, einen Strömungsraum für zu erwärmendes Medium begrenzt.
Bei derartigen beispielsweise in Fahrzeugheizgeräten, die als Zuheizer oder Standheizung betrieben werden können, eingesetzten Wärmetauscheranordnungen nimmt im Allgemeinen das innere Wärmetauschergehäuse von den darin strömenden Verbrennungsabgasen Wärme auf und transportiert diese in Richtung zu dem zu erwärmenden Medium, also beispielsweise einem flüssigen Medium, wie z. B. Wasser. Dabei soll der Wärmeübertrag von den heißen Verbrennungsabgasen zu dem zu erwärmendem Medium möglichst ohne Wärmeübertragungsverluste erfolgen, d. h. durch das innere Wärmetauschergehäuse soll ein möglichst geringer Wärmeübertragungswiderstand bereitgestellt werden. Da im Allgemeinen die beiden Wärmetauschergehäuse aus dem gleichen Material gebildet sind, besteht das Problem, dass das zu erwärmende Medium, das über das innere Wärmetauschergehäuse Wärme zugeführt bekommt, diese Wärme dann auch auf das äußere Wärmetauschergehäuse überträgt und von diesem die Wärme dann zur Umgebung hin als Strahlungswärme abgegeben wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauscheranordnung bereitzustellen, welche eine effizientere Übertragung der Wärme auf das zu erwärmende Medium ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, umfassend ein inneres Wärmetauschergehäuse, das zusammen mit einem äußeren Wärmetauschergehäuse einen Strömungsraum für zu erwärmendes Medium begrenzt, wobei das äußere Wärmetauschergehäuse aus Magnesium oder Magnesium enthaltendem Material gebildet ist.
Der Einsatz von Magnesium oder einem Magnesium haltigen Material, also beispielsweise einer Magnesiumlegierung, führt zu dem elementaren Vorteil, dass aufgrund der Tatsache, dass Magnesium einen deutlich geringeren Wärmeleitkoeffizienten aufweist, als beispielsweise Aluminium, der Wärmeübertrag von dem zu erwärmenden Medium auf das äußere Wärmetauschergehäuse und von diesem dann zur Umgebung hin deutlich gemindert werden kann. Das heißt, die einmal über das innere Wärmetauschergehäuse auf das zu erwärmende Medium übertragene Wärme wird zu einem deutlich geringeren Anteil auf das äußere Wärmetauschergehäuse übertragen und kann somit effizienter in dem zu erwärmenden Medium abtransportiert werden.
Bei einer aus baulichen Gründen besonders bevorzugten Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass das innere Wärmetauschergehäuse und das äußere Wärmetauschergehäuse im Wesentlichen topfartig ausgebildet sind.
Um insbesondere auch dann, wenn für die beiden Wärmetauschergehäuse unterschiedliche Materialien verwendet werden, eine stabile Verbindung und somit auch einen dichten Abschluss des das zu erwärmende Medium führenden Strömungsraums zu erlangen, wird vorgeschlagen, dass das innere Wärmetauschergehäuse und das äußere Wärmetauschergehäuse in einem Randbereich durch Verkleben miteinander verbunden sind.
Auch bei Aufbau des äußeren Wärmetauschergehäuses aus Magnesium oder einem Magnesium enthaltenden Material ist es zur effizienten Wärmeübertragung von den Verbrennungsabgasen auf das zu erwärmende Medium vorteilhaft, wenn das innere Wärmetauschergehäuse aus Aluminium oder einem Aluminium enthaltenden Material gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung detailliert beschrieben, welche eine Längsschnittansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ausgestatteten Heizgeräts zeigt.
In der Figur ist eine erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Wärmetauscheranordnung 10 ist hier in Kombination mit einem Heizgerät 12 gezeigt, von welchem die wesentlichen Systembereiche erkennbar sind. So umfasst das Heizgerät ein topfartiges Brennkammergehäuse 14, das eine Brennkammer 16 umschließt. In diese Brennkammer 16 werden der zu verbrennende Brennstoff und die dazu erforderliche Verbrennungsluft eingespeist, und die bei der in der Brennkammer 16 ablaufenden Verbrennung erzeugten Verbrennungsabgase strömen aus dem in Richtung der Längsache L offenen Brennkammergehäuse 14 durch eine Flammblende 18 in ein an das Brennkammergehäuse 14 anschließendes Flammrohr 20 ein. Am axial offenen Endbereich 22 des Flammrohrs 20 treten die heißen Verbrennungsabgase in Richtung der Pfeile aus diesem aus, werden durch die Wärmetauscheranordnung 10 umgelenkt und strömen an der Außenseite des Flammrohrs 20 zurück. Bei dieser Zurückströmung und beim Auftreffen auf die Wärmetauscheranordnung 10 übertragen die Verbrennungsabgase Wärme auf die Wärmetauscheranordnung 10 und somit ein darin strömendes zu erwärmendes Medium.
Man erkennt in der Figur, dass die Wärmetauscheranordnung 10 ein topfartiges inneres Wärmetauschergehäuse 24 und ein dieses umgebendes und im Wesentlichen ebenfalls topfartig ausgestaltetes äußeres Wärmetauschergehäuse 26 umfasst. Diese beiden topfartigen Wärmetauschergehäuse 24, 26 sind in einem Randbereich 28 unter Erzeugung eines im Wesentlichen dichten Abschlusses beispielsweise durch Verklebung miteinander fest verbunden. Auf diese Art und Weise wird zwischen den beiden Wärmetauschergehäusen 24, 26 ein Strömungsraum 30 gebildet, welchen das zu erwärmende Medium, also beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser oder dergleichen, durchströmen kann. Hierzu sind nicht weiter dargestellte Eintritts- und Austrittsöffnungen vorhanden, die eine Durchströmung der Wärmetauscheranordnung 10 ermöglichen.
Die aus dem Flammrohr 20 austretenden Verbrennungsabgase treffen auf einen Bodenbereich 32 des inneren Wärmetauschergehäuses 24 auf und werden durch diesen nach radial außen umgelenkt. Durch einen zwischen dem Flammrohr 20 und dem Umfangswandungsbereich 34 des inneren Wärmetauschergehäuses 24 gebildeten Zwischenraum 36 strömen die Verbrennungsabgase dann in Richtung Brennkammergehäuse 14 zurück und verlassen die Anordnung dann im Bereich einer Austrittsöffnung. Beim Strömen entlang des Bodenbereichs 32 und Umfangswandungsbereichs 34 übertragen die Verbrennungsabgase Wärme auf das innere Wärmetauschergehäuse 24, welches wiederum die Wärme an das im Strömungsraum 30 strömende Medium abgeben. Um hier eine effiziente Wechselwirkung zu erlangen, kann das innere Wärmetauschergehäuse 24 an seiner Außenseite mit einer schraubenartigen Vorsprungskonfiguration 38 versehen sein, die einerseits die Wechselwirkungsoberfläche vergrößert und die andererseits dafür sorgt, dass das im Strömungsraum 30 strömende Medium einen wendelartigen Weg nimmt und somit eine vergleichsweise lange Wechselwirkungsstrecke zur Wärmeaufnahme hat. Auch im Bodenbereich 32 können Vorsprünge 40 zur verbesserten Wärmeübertragung ausgebildet sein.
Um die Wärmetauscheranordnung 10 zur Erwärmung des darin strömenden Mediums möglichst effizient betreiben zu können, sollte das innere Wärmetauschergehäuse 24 aus einem Material aufgebaut sein, das einerseits den hohen Temperaturen der Verbrennungsabgase ausgesetzt werden kann, das andererseits jedoch einen vergleichsweise geringen Wärmeleitwiderstand aufweist. Hier kommen beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als geeignete Materialien in Betracht. Bei dem äußeren Wärmetauschergehäuse oder Mantelgehäuse 26 ist gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ein Material zum Aufbau desselben vorgesehen, das dafür sorgt, dass die im zu erwärmenden Medium aufgenommene Wärme im Wesentlichen auch darin enthalten bleibt. Erfindungsgemäß wird dieses äußere Wärmetauschergehäuse 26 aus Magnesium oder einem Magnesium enthaltenden Material, wie z. B. einer Magesiumlegierung, aufgebaut. Dieses Material weist im Vergleich zu Aluminium mit ca. 50 W/mK einen deutlich geringeren Wärmeleitungskoeffizienten auf. Aufgrund dessen wird also im äußeren Wärmetauschergehäuse 26 dem Wärmestrom ein deutlich größerer Widerstand entgegengesetzt, was zur Folge hat, dass die im zu erwärmenden Medium aufgenommene Wärme im Wesentlichen auch darin enthalten bleibt und aus dem Bereich der Wärmetauscheranordnung abgeführt wird.
Neben dem Vorteil der geringeren Strahlungsverluste am äußeren Wärmetauschergehäuse 26 durch die angesprochene geringere Wärmeleitfähigkeit hat der Einsatz des Materials Magnesium auch eine deutliche Gewichtsreduzierung im Vergleich zu beispielsweise aus Aluminium aufgebauten Gehäusen zur Folge. Auch kann unter Einsatz dieses Materials dieses äußere Wärmetauschergehäuse mit dünnerer Materialstärke hergestellt werden, wodurch einerseits eine kompakte Bauweise ermöglicht wird und andererseits aufgrund des geringeren Materialvolumens auch der im Vergleich zu Aluminium höhere Preis von Magnesium kompensiert werden kann. Weiterhin zeichnet sich Magnesium oder ein Magnesiumlegierungsmaterial durch eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit und eine im Vergleich zu Aluminium bessere Gießbarkeit aus, was wiederum längere Werkzeugstandzeiten zur Folge hat. Bei der Fertigung von derartigen Gehäusebauteilen aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung können sehr geringe Fertigungstoleranzen erzielt werden. Außerdem zeichnet sich dieses Material durch eine gute Bearbeitbarkeit aus. Schließlich lässt sich auch Magnesium durch Verbindungsverfahren, wie z. B. Verkleben, sehr stabil mit anderen Materialien, wie z. B. Aluminium, verbinden, so dass ein fluiddichter Abschluss des Strömungsraums 30 sichergestellt werden kann.
Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die in der Figur dargestellte Ausgestaltung der Wärmetauscheranordnung 10 hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus des äußeren Wärmetauschergehäuses 26 und des inneren Wärmetauschergehäuses 24 nur beispielhaft ist. So können selbstverständlich andere Vorsprungsformationen vorgesehen sein, ebenso kann die Formgebung des äußeren Wärmetauschergehäuses an seinem Außenumfangsbereich anders gewählt sein, beispielsweise angepasst an spezielle Bauraumvorgaben eines diese Wärmetauscheranordnung aufnehmenden Fahrzeugs.

Claims (4)

  1. Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, umfassend ein inneres Wärmetauschergehäuse (24), das zusammen mit einem äußeren Wärmetauschergehäuse (26) einen Strömungsraum (30) für zu erwärmendes Medium begrenzt, wobei das äußere Wärmetauschergehäuse (29) aus Magnesium oder Magnesium enthaltendem Material gebildet ist.
  2. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (24) und das äußere Wärmetauschergehäuse (26) im Wesentlichen topfartig ausgebildet sind.
  3. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (24) und das äußere Wärmetauschergehäuse (26) in einem Randbereich (28) durch Verkleben miteinander verbunden sind.
  4. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (26) aus Aluminium oder Aluminium enthaltendem Material gebildet ist.
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