EP1541935A2 - Heat exchanger for a heater - Google Patents
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- 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
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.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.
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.In such example in vehicle heaters, which as a heater or Stand heater can be operated, 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. Here, 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. As generally 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.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauscheranordnung bereitzustellen, welche eine effizientere Übertragung der Wärme auf das zu erwärmende Medium ermöglicht.It is the object of the present invention to provide a heat exchanger assembly to provide a more efficient transfer of heat allows the medium to be heated.
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.According to the invention, this object is achieved by 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.
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.The use of magnesium or a magnesium-containing material, ie for example, a magnesium alloy, leads to the elementary advantage that due to the fact that magnesium is a much lower Wärmeleitkoeffizienten has, for example, aluminum, the heat transfer from the medium to be heated to the outer heat exchanger housing and then significantly reduced from this to the environment can be. That is, the once over the inner heat exchanger housing is transferred to the medium to be heated heat to a much smaller extent on the outer heat exchanger housing transferred and thus more efficient in the medium to be heated be transported away.
Bei einer aus baulichen Gründen besonders bevorzugten Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass das innere Wärmetauschergehäuse und das äußere Wärmetauschergehäuse im Wesentlichen topfartig ausgebildet sind.In a structurally preferred embodiment can be provided that the inner heat exchanger housing and the outer heat exchanger housing is substantially pot-shaped are.
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.In particular, even if for the two heat exchanger housing Different materials are used, a stable connection and thus also a tight seal of the medium to be heated leading To obtain flow space, it is suggested that the inner Heat exchanger housing and the outer heat exchanger housing in one Edge area are connected by gluing together.
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. Also in construction of the 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.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung detailliert beschrieben, welche eine Längsschnittansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ausgestatteten Heizgeräts zeigt.The present invention will be described below with reference to the attached Detailed description of drawing, which is a longitudinal sectional view of a a heating device according to the invention equipped heater shows.
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.In the figure, 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
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.It can be seen in the figure that the heat exchanger assembly 10 is a pot-like
inner
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.The exiting from the
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.To the heat exchanger assembly 10 for heating the flowing therein
Medium to operate as efficiently as possible, the inner
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.In addition to the advantage of lower radiation losses at the outer
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.It should finally be noted that, of course, in the
Figure illustrated embodiment of the heat exchanger assembly 10th
in terms of the structural design of the outer
Claims (4)
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (24) und das äußere Wärmetauschergehäuse (26) im Wesentlichen topfartig ausgebildet sind.Heat exchanger arrangement according to claim 1,
characterized in that the inner heat exchanger housing (24) and the outer heat exchanger housing (26) are substantially pot-shaped.
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (24) und das äußere Wärmetauschergehäuse (26) in einem Randbereich (28) durch Verkleben miteinander verbunden sind.Heat exchanger arrangement according to claim 2,
characterized in that the inner heat exchanger housing (24) and the outer heat exchanger housing (26) in an edge region (28) are connected by gluing together.
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (26) aus Aluminium oder Aluminium enthaltendem Material gebildet ist.Heat exchanger arrangement according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the inner heat exchanger housing (26) is formed of aluminum or aluminum containing material.
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