EP1624270A1 - Wärmezelle für ein Heizgerät - Google Patents

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EP1624270A1
EP1624270A1 EP20050015400 EP05015400A EP1624270A1 EP 1624270 A1 EP1624270 A1 EP 1624270A1 EP 20050015400 EP20050015400 EP 20050015400 EP 05015400 A EP05015400 A EP 05015400A EP 1624270 A1 EP1624270 A1 EP 1624270A1
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EP
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heat exchanger
burner
plates
primary heat
exhaust gas
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Walter Bornscheuer
Michael Bremicker
Frank Söhnchen
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Vaillant GmbH
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Vaillant GmbH
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    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • 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
    • 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
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    • F24H1/32—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 being built up from sections with vertical sections arranged side by side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/38—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water contained in separate elements, e.g. radiator-type element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction

Definitions

  • the invention relates to a heat cell for a heater with a powered by a fuel-air mixture burner and a primary heat exchanger for transmitting thermal energy of the exhaust gas of the burner to heating or service water.
  • the primary heat exchanger often consists of a coiled tubing.
  • a flattened tube is bent into a helix, wherein the tube has indentations, which serve as spacers to maintain a defined gap.
  • the invention has for its object to provide a heat cell whose primary heat exchanger is characterized by simple structure.
  • the spacers are embossed part of the plates.
  • the gap tapers in the flow direction, primarily to cope with the cooling of the exhaust gas. This is shown in FIG.
  • the combustion chamber is formed by the heat exchanger and the burner.
  • FIG. 1 shows a heat cell 1 with a housing 4, a burner 2 fed by a fan 11 with a fuel gas / air mixture, and a primary heat exchanger 3.
  • the combustion chamber 5 is located between burner 2 and primary heat exchanger 3.
  • the primary heat exchanger 3 consists of plates 10 , which have a connection for a return 6 and a flow 7. Indentations 18 divide the watercourse of the primary heat exchanger 3. Furthermore, the plates 10 have embossed spacers 8.
  • the housing 4 has an exhaust pipe connection 9. In operation, the exhaust gases 13 of the burner 2 flow through the combustion chamber 5 and then the primary heat exchanger 3 and give their thermal Energy to the water flow 14 within the primary heat exchanger 3 from. The cooled exhaust gases flow through the housing 4 into the exhaust gas line connection 9.
  • Figure 2 shows a plate 10 including the position of two sections A - A and B - B.
  • FIG. 3 shows a section through the primary heat exchanger 3.
  • two plates 10 form water channels 17.
  • the impressed spacers 8 defined gaps 16 are formed, through which the exhaust gases of the burner 2 can flow.
  • the water channels 17 are divided by the impressions 18.
  • copper foils are used, which melt in an oven and thus contribute to a positive connection.
  • FIG 4 shows another section through the heat cell 1.
  • the water channels 17 of the primary heat exchanger 3 are connected in parallel to the return line 6 and the flow 7.
  • the water channel 17, which is connected first to the return line 6, is connected on the forward side as the last.
  • all water channels 17 are traversed evenly with the same pressure loss.
  • the combustion chamber 5 is further limited to the housing 4 via insulation boards 12.
  • FIG. 5 shows a primary heat exchanger 3 according to the invention in section with differently shaped plates 10, wherein it is particularly noticeable in comparison to the other variants that the assembled plates 10 are not identical.
  • FIG. 6 shows a primary heat exchanger 3 according to the invention with gaps 16 which become narrower in the flow direction of the exhaust gas. Since the exhaust gas is cooled in the heat exchanger 3 and therefore has a higher density; Thus, the flow rate is lower, and further increases the heat exchanger to the outside of its cross-sectional area, thus, the flow rate can be increased to allow a high heat transfer.
  • FIG. 7 shows a plate 7 with a dome-shaped inner contour.

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Abstract

Bei einer Wärmezelle (1) für ein Heizgerät mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeister Brenner (2), einem Primärwärmeaustauscher (3) zur Übertragung thermischer Energie des Abgases des Brenners (2) auf Heiz- oder Brauchwasser, bei der in einem Gehäuse (4) der Brenner (2) und der Primärwärmeaustauscher (3) derartig angeordnet sind, dass das Abgas des Brenners (2) beim Betrieb den Primärwärmeaustauscher (3) durchströmt, ist der Primärwärmeaustauscher (3) als Plattenwärmeaustauscher ausgebildet, jeweils 2 geformte Platten (10) bilden im zusammengesetzten Zustand einen Wasserkanal (17) des Primärwärmeaustauschers (3) und das Abgas des Brenners (2) strömt zwischen den Platten (10) zweier benachbarter Wasserkanäle (17) durch Spalte (16).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmezelle für ein Heizgerät mit einem von einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeisten Brenner und einem Primärwärmeaustauscher zur Übertragung thermischer Energie des Abgases des Brenners auf Heiz- oder Brauchwasser.
  • Derartige Wärmezellen werden seit Jahren in der Großserie eingesetzt. Hierbei besteht der Primärwärmeaustauscher häufig aus einer Rohrwendel. Bei einer gängigen Ausführungsform wird ein abgeflachtes Rohr zu einer Wendel gebogen, wobei das Rohr über Einprägungen verfügt, welche als Abstandshalter zur Einhaltung eines definierten Spaltes dienen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmezelle zu schaffen, deren Primärwärmetauscher sich durch einfachen Aufbau auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei einer Wärmezelle gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs dadurch erreicht, dass der Primärwärmeaustauscher als Plattenwärmeaustauscher ausgebildet ist, wobei jeweils zwei geformte Platten im zusammengesetzten Zustand einen Wasserkanal bilden.
  • Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 2 ergibt sich der Vorteil, dass die Wasserkanäle innerhalb der Platten unterteilt sind, wodurch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und somit ein besserer Wärmeübergang erzwungen werden.
  • Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 3 ergibt sich der Vorteil, dass die Druckverluste minimiert werden können.
  • Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 4 ergibt sich der Vorteil, dass die heißen Abgase zunächst mit dem vorgewärmten Wasser in Berührung kommen, ehe die abgekühlten Abgase mit dem relativ kalten Rücklauf in Berührung kommen.
  • Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 5 ergibt sich der Vorteil, dass der Spalt zwischen zwei Wasserläufen definierten Abstand besitzt.
  • Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 6 sind die Abstandshalter eingepräger Bestandteil der Platten.
  • Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 7 verjüngt sich der Spalt in Strömungsrichtung, vornehmlich, um der Abkühlung des Abgases gerecht zu werden. Dies ist in Figur 6 dargestellt. Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 8 wird der Brennraum durch den Wärmeaustauscher und den Brenner gebildet.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 eine erfindungsgemäße Wärmezelle im Schnitt,
    • Figur 2 eine Platte eines Primärwärmeaustauschers in der Draufsicht,
    • Figur 3 den Primärwärmeaustauscher in einem Schnitt,
    • Figur 4 die Wärmezelle in einem anderen Schnitt,
    • Figur 5 eine alternative Bauform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers
    • Figur 6 ein Wärmeaustauscher mit sich verjüngendem Spalt sowie
    • Figur 7 eine besondere Bauform einer Wärmeaustauscherplatte.
  • Figur 1 zeigt eine Wärmezelle 1 mit einem Gehäuse 4, einem von einem Gebläse 11 mit einem Brenngas-Luft-Gemisch gespeisten Brenner 2 sowie einen Primärwärmeaustauscher 3. Zwischen Brenner 2 und Primärwärmeaustauscher 3 befindet sich die Brennkammer 5. Der Primärwärmeaustauscher 3 besteht aus Platten 10, welche über einen Anschluss für einen Rücklauf 6 und einen Vorlauf 7 verfügen. Einprägungen 18 unterteilen den Wasserlauf des Primärwärmeaustauschers 3. Ferner verfügen die Platten 10 über eingeprägte Abstandshalter 8. Das Gehäuse 4 verfügt über einen Abgasleitungsanschluss 9. Im Betrieb durchströmen die Abgase 13 des Brenners 2 den Brennraum 5 und anschließend den Primärwärmeaustauscher 3 und geben hierbei ihre thermische Energie an den Wasserstrom 14 innerhalb des Primärwärmeaustauschers 3 ab. Die abgekühlten Abgase strömen durch das Gehäuse 4 in den Abgasleitungsanschluss 9.
  • Figur 2 zeigt eine Platte 10 inklusive der Position zweier Schnitte A - A bzw. B - B.
  • Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Primärwärmeaustauscher 3. Jeweils zwei Platten 10 bilden Wasserkanäle 17. Durch die eingeprägten Abstandshalter 8 werden definierte Spalte 16 gebildet, durch welche die Abgase des Brenners 2 strömen können. Die Wasserkanäle 17 sind durch die Einprägungen 18 unterteilt. Nicht dargestellt sind Dichtmittel zwischen den Berührungsstellen der Einprägungen 18. Hierzu können beispielsweise Kupferfolien dienen, welche in einem Ofen zerschmelzen und somit zu einer formschlüssigen Verbindung beitragen.
  • Figur 4 zeigt einen anderen Schnitt durch die Wärmezelle 1. Die Wasserkanäle 17 des Primärwärmeaustauschers 3 sind an den Rücklauf 6 und den Vorlauf 7 jeweils parallel angeschlossen. Bei der dargestellten Anschlussform ergibt sich der Vorteil, dass der Wasserkanal 17, welcher als erstes an den Rücklauf 6 angeschlossen ist, auf der Vorlaufseite als letztes angeschlossen ist. Somit werden alle Wasserkanäle 17 gleichmäßig mit gleichem Druckverlust durchströmt. Die Brennkammer 5 wird ferner über Dämmplatten 12 zum Gehäuse 4 begrenzt.
  • Figur 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Primärwärmeaustauscher 3 im Schnitt mit anders gestalteten Platten 10, wobei besonders auffällig im Vergleich zur anderen Varianten ist, dass die zusammengesetzten Platten 10 nicht identisch sind.
  • Figur 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Primärwärmeaustauscher 3 mit Spalten 16, welche in Strömungsrichtung des Abgases schmaler werden. Da das Abgas im Wärmeaustauscher 3 abgekühlt wird und demnach eine höhere Dichte aufweist; der Volumenstrom also geringer wird, und ferner der Wärmeaustauscher nach außen seine Querschnittsfläche erhöht, kann somit die Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden, um einen hohen Wärmeübergang zu ermöglichen.
  • Figur 7 zeigt eine Platte 7 mit kuppelförmiger Innenkontur.

Claims (8)

  1. Wärmezelle (1) für ein Heizgerät mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeister Brenner (2), einem Primärwärmeaustauscher (3) zur Übertragung thermischer Energie des Abgases des Brenners (2) auf Heiz- oder Brauchwasser, wobei in einem Gehäuse (4) der Brenner (2) und der Primärwärmeaustauscher (3) derartig angeordnet sind, dass das Abgas des Brenners (2) beim Betrieb den Primärwärmeaustauscher (3) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärwärmeaustauscher (3) als Plattenwärmeaustauscher ausgebildet ist, jeweils 2 profilierte Platten (10) im zusammengesetzten Zustand einen Wasserkanal (17) des Primärwärmeaustauschers (3) bilden und das Abgas des Brenners (2) zwischen den Platten (10) zweier benachbarter Wasserkanäle (17) durch Spalte (16) strömt.
  2. Wärmezelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10) über Einprägungen (18) verfügen, welche die Wasserkanäle (17) unterteilen.
  3. Wärmezelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkanäle (17) des Primärwärmeaustauschers (3) vom Rücklauf (6) zum Vorlauf (7) parallel durchströmt werden.
  4. Wärmezelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase des Brenners (2) zunächst die Wasserkanäle (17), welche in den Vorlauf (7) münden und dann die Wasserkanäle (17) welche an den Rücklauf (6) angeschlossen sind, überströmen.
  5. Wärmezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10) über Abstandshalter (8) zur Einhaltung eines definierten Spaltes (16) verfügen.
  6. Wärmezelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (8) in die Platten (10) eingeprägt sind.
  7. Wärmezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10) so gestaltet sind, dass die Spalte (16) für das Abgas in Strömungsrichtung des Abgases schmaler werden.
  8. Wärmezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10) ein U-förmiges, sichelförmiges oder kuppelförmiges Innenprofil aufweisen und gemeinsam mit dem Brenner (2) und gegebenenfalls zusätzlichen Dämmplatten (12) den Brennraum (5) abgrenzen.
EP05015400.4A 2004-08-06 2005-07-15 Wärmezelle für ein Heizgerät Not-in-force EP1624270B1 (de)

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