EP3220073A1 - Wendelförmiger heizungswärmetauscher - Google Patents

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Publication number
EP3220073A1
EP3220073A1 EP17160718.7A EP17160718A EP3220073A1 EP 3220073 A1 EP3220073 A1 EP 3220073A1 EP 17160718 A EP17160718 A EP 17160718A EP 3220073 A1 EP3220073 A1 EP 3220073A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
coils
exchanger coils
partition plate
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17160718.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Kupka
Christiaan Hertgers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102016215210.6A external-priority patent/DE102016215210A1/de
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP3220073A1 publication Critical patent/EP3220073A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F24H1/43—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes helically or spirally coiled

Definitions

  • the invention relates to a heating heat exchanger.
  • a plurality of similar heat exchanger coils are arranged coaxially one behind the other.
  • Each heat exchanger coil has an input and an output.
  • the heat exchanger coils may be partially connected in parallel, so that in each case the inputs and outputs of adjacent heat exchanger coils are connected to each other in flow and return headers.
  • the helices may also be connected in series so that the output of a heat exchanger coil is connected to the input of an adjacent heat exchanger coil.
  • a plurality of blocks of parallel-connected heat exchanger coils may be serially connected such that the flow header of a block of parallel-connected heat exchanger coils is connected to the return header of an adjacent block of parallel-connected heat exchanger coils.
  • an exhaust collecting housing is mounted around the heat exchanger coils.
  • a burner is mounted centrally on one side over a partial length.
  • a partition separates the interior of the coils into two chambers. During operation of the burner, the hot exhaust gases of the burner on one side of the partition flow from the inside through part of the heat exchanger coils then to flow on the other side of the partition from outside to inside through the heat exchanger coils. The exhaust gases are collected after the heat exchange and then discharged via an exhaust pipe.
  • the dividing wall becomes very hot and, on the one hand, already heats cooled exhaust gas on the side facing away from the burner.
  • the partition radiates radiant heat via the exhaust gas discharge.
  • the object of the invention is a higher thermal efficiency of the heat exchanger.
  • FIG. 1 shows a heater core 1 with a housing 8 and a centrally disposed therein metallic primary heat exchanger 2, which has four coaxially arranged heat exchanger coils 3.
  • the housing 8 is approximately cylindrical, so that the two outer juxtaposed heat exchanger coils 3 with the respective end walls 15, 16 are flush. Radial to the heat exchanger coils 3 is up to the housing 8, an annular gap 17.
  • the individual heat exchanger coils 3 are made EP 678186 B1 known.
  • a fuel gas burner 9 is arranged coaxially to the heat exchanger coils 3.
  • the burner 9 is arranged on the first end wall 15 of the housing 8 perpendicular to the central axis of the heat exchanger coils 3.
  • Each heat exchanger coil 3 has an input 4 and an output 5.
  • each case two heat exchanger coil 3 are fluidically interconnected, so that their inputs 4 are fed from a common return collector 6 and the Outputs 5 lead into a common flow collector 7.
  • the return line 12 of a heating circuit is connected to the return header 6 of the two heat exchanger coils 3 on the side of the exhaust gas outlet 10.
  • the flow collector 7 of the two heat exchanger coils 3 on the side of the exhaust gas outlet 10 is connected to the return header 6 of the two heat exchanger coils 3 on the side of the burner 9.
  • the flow collector 7 of the two heat exchanger coils 3 on the side of the burner 9 is connected to the flow line 13 of the heating circuit not shown.
  • a partition plate 11 is arranged between two heat exchanger coils 3, which separates the interior of the heat exchanger coils 3 into two subspaces.
  • the partition plate 11 consists of two opposite plates, which form a water channel.
  • the partition plate 11 is connected both to the flow collector 7 and return collector 6 on the side of the exhaust gas outlet 10.
  • FIG. 2 shows this connection.
  • Parallel to the partition plate 11, the heat exchanger coil 3 opens on the side of the exhaust gas outlet 10 in the same flow 7 and return collector. 6
  • FIG. 3 the flow pattern in the water-cooled partition plate 11 from the input 4 to the output 5 is shown.
  • a so-called ying-yang water supply 14 provides for a Multiple diversion to avoid dead water areas and to allow a flow through the entire area.
  • a meander-shaped flow guide is suitable for this purpose.
  • the hot exhaust gases initially flow outward on the side of the partition plate 11 remote from the exhaust gas outlet 10 through the heat exchanger coils 3 and release thermal energy to the heat exchanger coils 3. Part of the energy is also delivered to the partition plate 11 via radiation and convection.
  • the exhaust gases are then directed on the side facing away from the burner 9 of the heat exchanger coils 3 to the heat exchanger coils 3 next to the exhaust gas outlet 10 and flow through the local heat exchanger coils 3 inside and give this thermal energy to the heat exchanger coils 3 from.
  • thermal energy is transferred to the water-cooled partition plate 11 here as well.
  • the cooled exhaust gases flow through the exhaust outlet 10, from where they are conducted into the environment.
  • the partition plate 11 may optionally have a contour or ribs on the outside to increase the heat exchanger area.
  • the number of heat exchanger coils 3 varies; the greater the power, the more heat exchanger area needed to transmit the thermal power.

Landscapes

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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Abstract

Bei einem Heizungswärmetauscher (1) mit einem Gehäuse (8) mit zwei Stirnwänden (15) und einen zwischen den Stirnwänden (15, 16) zentral angeordneten Primärwärmeaustauscher (2), der über mindestens zwei koaxial nebeneinander angeordnete Wärmetauscherwendeln (3) verfügt, schließen die beiden äußeren Wärmetauscherwendeln (3) mit den jeweiligen Stirnwänden (15, 16) weitestgehend bündig ab. Radial um die Wärmetauscherwendeln (3) bis zum Gehäuse (8) ist ein Ringspalt (16) vorhanden. In der ersten Stirnwand (15) ist eine Aufnahme für einen Brenner (9) vorhanden und die zweite Stirnwand (16) verfügt über einen Abgasaustritt (10). Zwischen zwei Wärmetauscherwendeln (3) ist eine Trennplatte (11) angeordnet. Diese Trennwand (11) ist als Hohlkörper ausgeführt und mit den Wärmetauscherwendeln (3) fluidseitig seriell und / oder parallel verbunden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizungswärmetauscher.
  • Bei derartigen Heizungswärmetauschern, die beispielsweise aus EP 678186 B1 und EP 1561075 B1 bekannt sind, werden mehrere gleichartige Wärmetauscherwendeln koaxial hintereinander angeordnet. Jede Wärmetauscherwendel verfügt über einen Eingang und einen Ausgang. Die Wärmetauscherwendeln können teilweise parallel miteinander verbunden sein, so dass jeweils die Ein- und Ausgänge benachbarter Wärmetauscherwendeln miteinander in Vorlauf- und Rücklaufsammlern verbunden sind. Die Wendeln können auch seriell miteinander verbunden sein, so dass der Ausgang einer Wärmetauscherwendel mit dem Eingang einer benachbarten Wärmetauscherwendel verbunden ist. Ferner können mehrere Blöcke aus parallel verbundenen Wärmetauscherwendeln seriell miteinander verbunden sein, so dass der Vorlaufsammler eines Blocks aus parallel verbundenen Wärmetauscherwendeln mit dem Rücklaufsammler eines daneben liegenden Block aus parallel verbundenen Wärmetauscherwendeln verbunden ist. Um die Wärmetauscherwendeln herum ist ein abgassammelndes Gehäuse angebracht. Im Inneren der Wärmetauscherwendeln ist auf einer Seite auf einer Teillänge ein Brenner zentrisch angebracht. Eine Trennwand trennt das Innere der Wendeln in zwei Kammern. Beim Betrieb des Brenners strömen die heißen Abgase des Brenners auf der einen Seite der Trennwand von innen durch einen Teil der Wärmetauscherwendeln, um dann auf der anderen Seite der Trennwand von außen nach innen durch die Wärmetauscherwendeln zu strömen. Die Abgase werden nach dem Wärmeaustausch gesammelt und dann über eine Abgasleitung abgeführt.
  • Die Trennwand wird hierbei je nach Betriebszustand sehr heiß und erwärmt einerseits bereits abgekühltes Abgas auf der dem Brenner abgewandten Seite. Andererseits gibt die Trennwand Strahlungswärme über die Abgasabführung ab.
  • Aufgabe der Erfindung ist ein höherer thermischer Wirkungsgrad des Wärmetauschers.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Trennwand wassergekühlt und fluidführend thermisch vorteilhaft in das System eingebunden wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen
    • Figur 1 einen erfindungsgemäßen Heizungswärmetauscher im Schnitt,
    • Figur 2 den erfindungsgemäßen Heizungswärmetauscher im Schnitt senkrecht zum ersten Schnitt,
    • Figur 3 die wassergekühlte Trennplatte des erfindungsgemäßen Heizungswärmetauschers.
  • Figur 1 zeigt einen Heizungswärmetauscher 1 mit einem Gehäuse 8 und einen darin zentral angeordneten metallischen Primärwärmeaustauscher 2, der über vier koaxial angeordnete Wärmetauscherwendeln 3 verfügt. Das Gehäuse 8 ist näherungsweise zylindrisch, so dass die beiden äußeren der nebeneinander angeordneten Wärmetauscherwendeln 3 mit den jeweiligen Stirnwänden 15, 16 bündig abschließen. Radial um die Wärmetauscherwendeln 3 befindet sich bis zum Gehäuse 8 ein Ringspalt 17. Die einzelnen Wärmetauscherwendeln 3 sind aus EP 678186 B1 bekannt. Im Heizungswärmetauscher 1 ist koaxial zu den Wärmetauscherwendeln 3 ein brenngasbetriebener Brenner 9 angeordnet. Der Brenner 9 ist an der ersten Stirnwand 15 des Gehäuses 8 senkrecht zur Mittelachse der Wärmetauscherwendeln 3 angeordnet. An der zweiten Stirnwand 15 des Gehäuses 8 befindet sich ein Abgasaustritt 10. Jede Wärmetauscherwendel 3 verfügt über einen Eingang 4 sowie einen Ausgang 5. Jeweils zwei Wärmetauscherwendel 3 sind strömungstechnisch miteinander verbunden, so dass ihre Eingänge 4 aus einem gemeinsamen Rücklaufsammler 6 gespeist werden und die Ausgänge 5 in einen gemeinsamen Vorlaufsammler 7 münden. Die Rücklaufleitung 12 eines nicht weiter dargestellten Heizungskreislaufs ist mit dem Rücklaufsammler 6 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 verbunden. Der Vorlaufsammler 7 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 ist mit dem Rücklaufsammler 6 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Brenners 9 verbunden. Der Vorlaufsammler 7 der beiden Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Brenners 9 ist mit der Vorlaufleitung 13 des nicht weiter dargestellten Heizungskreislaufs verbunden. Zwischen dem Brenner 9 und dem Abgasaustritt 10 ist zwischen zwei Wärmetauscherwendeln 3 eine Trennplatte 11 angeordnet, welche das Innere der Wärmetauscherwendeln 3 in zwei Teilräume trennt. Die Trennplatte 11 besteht aus zwei gegenüberliegende Platten, welche einen Wasserkanal bilden. Die Trennplatte 11 ist sowohl mit dem Vorlaufsammler 7 als auch Rücklaufsammler 6 auf der Seite des Abgasaustritts 10 verbunden. Figur 2 zeigt diese Verbindung. Parallel zur Trennplatte 11 mündet die Wärmetauscherwendel 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 in den selben Vorlauf- 7 und Rücklaufsammler 6.
  • In Figur 3 ist der Strömungsverlauf in der wassergekühlten Trennplatte 11 vom Eingang 4 zum Ausgang 5 dargestellt. Eine sogenannte ying-yang-Wasserführung 14 sorgt für eine mehrfache Umlenkung, um Totwassergebiete zu vermeiden und eine Durchströmung der gesamten Fläche zu ermöglichen. Alternativ ist eine mäanderförmige Strömungsführung hierzu geeignet.
  • Beim Betrieb des Brenners 9 strömen dessen heiße Abgase zunächst auf der dem Abgasaustritt 10 abgewandten Seite der Trennplatte 11 durch die Wärmetauscherwendeln 3 nach außen und geben thermische Energie an die Wärmetauscherwendeln 3 ab. Ein Teil der Energie wird auch über Strahlung und Konvektion an die Trennplatte 11 abgegeben. Die Abgase werden dann auf der dem Brenner 9 abgewandten Seite der Wärmetauscherwendeln 3 zu den Wärmetauscherwendeln 3 neben dem Abgasaustritt 10 gelenkt und strömen durch die dortigen Wärmetauscherwendeln 3 nach innen und geben hierbei thermische Energie an die Wärmetauscherwendeln 3 ab. Ferner wird auch hier thermische Energie auf die wassergekühlte Trennplatte 11 übertragen. Letztendlich strömen die abgekühlten Abgase durch den Abgasaustritt 10, von wo sie in die Umgebung geleitet werden.
  • Um die Abgase des Brenners 9 möglichst weit abzukühlen, ist es sinnvoll, wenn der Rücklauf des Heizungskreislaufs mit der Wärmetauscherwendel 3 auf der Seite des Abgasaustritts 10 sowie der Trennplatte 11 verbunden ist und die Wärmetauscherwendeln 3 auf der Seite des Brenners 9 mit dem Vorlauf des Heizungskreislaufs.
  • Die Trennplatte 11 hat in der Regel den gleichen Umfang wie die Wärmetauscherwendeln 3. Sie kann jedoch auch kleiner sein und lediglich derart in die Wärmetauscherwendeln 3 von innen hineinragen, dass ein direkter Abgasstrom vom Brenner 9 zum Abgasaustritt 10 ohne Durchströmung der Wärmetauscherwendeln 3 verhindert wird.
  • Die Trennplatte 11 kann optional auf der Außenseite über eine Kontur oder Rippen verfügen, um die Wärmetauscherfläche zu vergrößern.
  • Je nach Leistung des Brenners 9 variiert die Anzahl der Wärmetauscherwendeln 3; je größer die Leistung ist, desto mehr Wärmetauscherfläche wird zur Übertragung der thermischen Leistung benötigt.
    • Bezugszeichenliste
    1. 1 Heizungswärmetauscher
    2. 2 Primärwärmeaustauscher
    3. 3 Wärmetauscherwendel
    4. 4 Eingang
    5. 5 Ausgang
    6. 6 Rücklaufsammler
    7. 7 Vorlaufsammler
    8. 8 Gehäuse
    9. 9 Brenner
    10. 10 Abgasaustritt
    11. 11 Trennplatte
    12. 12 Rücklaufleitung
    13. 13 Vorlaufleitung
    14. 14 ying-yang-Wasserführung
    15. 15 erste Stirnwand
    16. 16 zweite Stirnwand
    17. 17 Ringspalt

Claims (7)

  1. Heizungswärmetauscher (1) mit einem Gehäuse (8) mit zwei Stirnwänden (15) und einen zwischen den Stirnwänden (15, 16) zentral angeordneten Primärwärmeaustauscher (2), der über mindestens zwei koaxial nebeneinander angeordnete Wärmetauscherwendeln (3) verfügt, wobei die beiden äußeren Wärmetauscherwendeln (3) mit den jeweiligen Stirnwänden (15, 16) weitestgehend bündig abschließen und radial um die Wärmetauscherwendeln (3) bis zum Gehäuse (8) ein Ringspalt (16) vorhanden ist, in der ersten Stirnwand (15) eine Aufnahme für einen Brenner (9) vorhanden ist und die zweite Stirnwand (16) über einen Abgasaustritt (10) verfügt, sowie weiterhin zwischen zwei Wärmetauscherwendeln (3) eine Trennplatte (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (11) als Hohlkörper ausgeführt ist und mit den Wärmetauscherwendeln (3) fluidseitig seriell und / oder parallel verbunden ist.
  2. Heizungswärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wärmetauscherwendel (3) über einen Eingang (4) sowie einen Ausgang (5) verfügt.
  3. Heizungswärmetauscher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge (4) mindestens zweier Wärmetauscherwendeln (3) in einen gemeinsamen Rücklaufsammler (6) und / oder die Ausgänge (5) mindestens zweier Wärmetauscherwendeln (3) in einen gemeinsamen Vorlaufsammler (7) münden.
  4. Heizungswärmetauscher (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge (4) mindestens einer Wärmetauscherwendel (3) sowie der Trennplatte (11) in einen gemeinsamen Rücklaufsammler (6) und / oder die Ausgänge (5) mindestens einer Wärmetauscherwendel (3) sowie der Trennplatte (11) in einen gemeinsamen Vorlaufsammler (7) münden.
  5. Heizungswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (5) mindestens einer Wärmetauscherwendel (3) und / oder der Trennwand (11) mit dem Eingang (4) einer anderen Wärmetauscherwendel (3) verbunden ist.
  6. Heizungswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennplatte (11) auf der Außenseite über eine Kontur und / oder Rippen verfügt.
  7. Heizungswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennplatte (11) im Inneren über eine mehrfache Umlenkung, vorzugsweise in Form einer ying-yang-Wasserführung 14 verfügt.
EP17160718.7A 2016-03-14 2017-03-14 Wendelförmiger heizungswärmetauscher Withdrawn EP3220073A1 (de)

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DE102016204130 2016-03-14
DE102016215210.6A DE102016215210A1 (de) 2016-08-16 2016-08-16 Wendelförmiger Heizungswärmetauscher

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EP3220073A1 true EP3220073A1 (de) 2017-09-20

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