NL9201470A

NL9201470A - WATER HEATING DEVICE.

Info

Publication number: NL9201470A
Application number: NL9201470A
Authority: NL
Original assignee: Vaillant Bv
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1992-08-17
Publication date: 1993-03-16
Also published as: AT400079B; DE4226875A1; ATA161391A

Description

WaterverhittingsapparaatWater heating device

De uitvinding heeft betrekking op een waterverhittingsapparaat met een door een brander beroerde, uit door heet water doorstroomde buizen gevormde warmtewisselaar.The invention relates to a water heating device with a heat exchanger formed by a burner and heat exchanger formed from tubes flowing through hot water.

Verbrandingswaardeapparaten, dat wil zeggen apparaten, die ook de condensatiewarmte van de brandstof benutten, van de in de aanhef vermelde soort koelen het verbrandingsgas in vergelijking met niet-condenserende verwarmingsapparaten tot een aanmerkelijk lager tempera-tuurpeil af. Daardoor wordt aan het verbrandingsgas een groter deel van de voelbare warmte, maar ook een deel van de latente warmte van het verbrandingsgas onttrokken. Aldus wordt meer warmte aan het verwarmingswater overgedragen en wordt de benutting van de brandstof en daarmee de werkingsgraad verbeterd.Combustion value devices, i.e. devices that also utilize the heat of condensation of the fuel, of the type mentioned in the preamble, cool the combustion gas to a considerably lower temperature level compared to non-condensing heating devices. As a result, a larger part of the sensible heat, but also a part of the latent heat of the combustion gas is extracted from the combustion gas. In this way, more heat is transferred to the heating water and the utilization of the fuel and thus the efficiency is improved.

Beslissend voor de aanvullende warmtewinst bij verbrandingswaardeapparaten zijn naast de temperaturen van de verwarmingsinstallaties de warmteoverdracht- en conden-satie-eigenschappen van de warmtewisselaar.In addition to the temperatures of the heating installations, the heat transfer and condensation properties of the heat exchanger are decisive for the additional heat gain in calorific appliances.

Bij aan de wand hangende gasverwarmingsapparaten met aangejaagde branders liggen de dauwpunttemperaturen bij ongeveer 53°C. Daar bij hogere temperaturen van het verbrandingsgas geen latente warmte kan worden teruggewonnen, moet voor een hoge benuttingsgraad van de installatie het verbrandingsgas worden afgekoeld tot bijna de heet water temperatuur. De warmteoverdracht geschiedt derhalve bij aanmerkelijk lager gemiddeld temperatuurverschil.For wall-mounted gas heaters with blown burners, dew point temperatures are approximately 53 ° C. Since latent heat cannot be recovered at higher combustion gas temperatures, the combustion gas must be cooled to almost the hot water temperature for a high degree of utilization of the installation. The heat transfer therefore takes place at a considerably lower average temperature difference.

Bij waterverhitters van de in de inleiding genoemde soort zijn de buizen van de waterverhitter meestal voorzien van lamellen, om een overeenkomstig groot warmte-wisselingsoppervlak te verkrijgen. Daarbij doet zich echter het nadeel voor, dat er een aanzienlijk temperatuurverval over de van de buizen afstaande lamellen optreedt. Om dat niet te groot te laten worden, moet een beperking van de grootte van de lamellen op de koop toe worden genomen, waardoor echter de onttrekking van de warmte van de verbrandingsgassen eveneens wordt beperkt.In the case of water heaters of the type mentioned in the introduction, the tubes of the water heater are usually provided with fins, in order to obtain a correspondingly large heat exchange area. However, this has the drawback that a considerable temperature drop occurs over the fins projecting from the tubes. In order for this not to become too large, a limitation of the size of the fins must be increased, but this also limits the extraction of the heat from the combustion gases.

Verder is ook al een cilindrische warmtewisselaar uit evenwijdig opgestelde gladde buizen bekend, waarbij de verbrandingsgasspleten een geringe breedte van slechts 0,9 mm vertonen.Furthermore, a cylindrical heat exchanger of parallel arranged smooth tubes is also known, wherein the combustion gas gaps have a small width of only 0.9 mm.

Bij een dergelijke warmtewisselaar doet zich echter het nadeel voor, dat deze niet geschikt is voor weinig schadelijke stoffen afgevende verbrandingssystemen met vlakken, en een serieschakeling van de buizen niet mogelijk is.The disadvantage of such a heat exchanger is, however, that it is not suitable for low-polluting combustion systems with surfaces, and series connection of the pipes is not possible.

De uitvinding heeft ten doel deze nadelen te vermijden en een waterverhitter van de in de inleiding genoemde soort te verschaffen, waarbij een vergaande benutting van de warmte van de verbrandingsgassen wordt gegarandeerd en die eenvoudig kan worden vervaardigd.The object of the invention is to avoid these drawbacks and to provide a water heater of the type mentioned in the introduction, whereby a far-reaching utilization of the heat of the combustion gases is guaranteed and which can be manufactured in a simple manner.

Volgens de uitvinding wordt dit bereikt, doordat tussen telkens twee, in dwarsdoorsnede in hoofdzaak rechthoekige buizen, bij voorkeur glad uitgevoerde buizen, die in serie zijn geschakeld, twee golfplaten zijn opgesteld, die aan beide zijden van een gladde plaat zijn opgesteld, waarbij de golfplaten tegen de buizen aanliggen, respectievelijk daaraan zijn gelast of gesoldeerd en met de watergeleidende buizen in omtrek gesloten kanalen voor de verbrandingsgassen vormen.According to the invention, this is achieved in that two corrugated plates, which are arranged on both sides of a smooth plate, are arranged between two, mainly rectangular tubes, preferably smoothly constructed tubes, which are connected in series, in which the corrugated plates are arranged abut the pipes or are welded or soldered to them and form closed channels for the combustion gases with the water-conducting pipes in circumference.

Door de voorziene in omtrek gesloten verbrandingsgaskanalen wordt een zeer goede warmteoverdracht tussen de verbrandingsgassen en het in de warmtewisselaar, respectievelijk de buizen daarvan stromende water gegarandeerd. Daarbij wordt door de ontstaande honingraatachtige structuur een zeer compacte en vaste constructie, zodat de buizen zeer dunwandig kunnen worden uitgevoerd. Daardoor wordt eveneens de warmteoverdracht verbeterd. Verder wordt door de ontstaande kleine verbrandingsgaskanalen een turbulente stroming van de verbrandingsgassen in deze voortgestuwd, waardoor eveneens de warmteoverdracht van de verbrandingsgassen wordt verbeterd en een stuwing van condensaat wordt vermeden.Due to the circumferentially closed flue gas channels, a very good heat transfer between the flue gases and the water flowing in the heat exchanger or the pipes thereof is guaranteed. The resulting honeycomb-like structure makes for a very compact and fixed construction, so that the pipes can be made very thin-walled. This also improves heat transfer. Furthermore, the resulting small combustion gas channels propel a turbulent flow of the combustion gases into them, which also improves the heat transfer of the combustion gases and avoids condensation.

Door de serieschakeling van de buizen wordt het voordeel verkregen, dat wegens de hoge stroomsnelheid een goede warmteoverdracht naar het water wordt bereikt, ook zonder inbouwsels in de buizen. Bovendien is door de serieschakeling van de buizen een ontkalking in geval van onderhoudswerkzaamheden mogelijk.The series connection of the pipes provides the advantage that, due to the high flow rate, good heat transfer to the water is achieved, even without built-in pipes. In addition, the series connection of the pipes makes descaling possible during maintenance work.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat aan de toevoerkant van de verbrandingsgassen de golfplaten ten opzichte van de buizen over een geringe maat van ongeveer 20% van de buishoogte zijn teruggezet. Op deze manier wordt een drukverdeling in de warmtewisselaar bereikt, zoals die zich bij de bekende lamellenwarmtewisselaars voordoet. Dit wordt bepaald door de omstandigheid, dat de verbrandingsgassen, zodra ze met de ten opzichte van de golfplaten uitstekende gebieden van de buizen in aanraking komen, sterk worden afgekoeld, waardoor hun volumina zich overeenkomstig sterk, b.v. tot een derde, wordt verminderd.According to a further inventive feature, it can be ensured that on the supply side of the combustion gases, the corrugated plates are set back by a small measure of about 20% of the pipe height relative to the pipes. In this way, a pressure distribution in the heat exchanger is achieved, as is the case with the known lamella heat exchangers. This is determined by the fact that the combustion gases, as soon as they come into contact with the areas of the pipes protruding with respect to the corrugated sheets, are cooled strongly, so that their volumes are correspondingly strong, e.g. to a third, is reduced.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat de indrukdiepte van de golfplaten 1 tot 1,5 mm en de afstand van de golfplaten 4 tot 6 mm bedraagt.According to a further inventive feature, it can be ensured that the indentation depth of the corrugated sheets is 1 to 1.5 mm and the distance of the corrugated sheets is 4 to 6 mm.

Daarbij kunnen de golfplaten zo zijn gecombineerd, dat de golfbergen en de golfdalen telkens tegenover elkaar liggen, zodat er een in hoofdzaak evenwijdig verloop van aan elkaar naburige golfplaten wordt verkregen.The corrugated sheets can be combined in such a way that the corrugated mountains and the corrugated valleys are opposite each other, so that a substantially parallel course of corrugated corrugated plates is obtained.

Op deze manier ontstaan ribbelengten van de warmtewisselaar van maximaal 3 mm, waardoor de temperatuur van deze ribben slechts weinig boven de temperatuur van de buizen kan stijgen, en er ontstaat aan de ribben in de stromingsrichting van het verbrandingsgas bijna geen temperatuurverschil. Een warmtegeleiding in deze richting is daarom vrijwel niet mogelijk, waardoor het bij lamellenwarmtewisselaars bekende probleem wordt vermeden. In de verbrandingsgaskanalen wordt de dauwpunttemperatuur van het afgewerkte gas aan de koude wanden snel onderlopen en de waterdamp kan als condensaat neerslaan. Daardoor kan een hoog gedeelte van de latente warmte van het afgewerkte gas worden overgedragen.In this way, rib lengths of the heat exchanger of up to 3 mm are formed, so that the temperature of these ribs can rise only slightly above the temperature of the pipes, and there is almost no temperature difference at the ribs in the flow direction of the combustion gas. Therefore, heat conduction in this direction is virtually impossible, avoiding the problem known with fin heat exchangers. In the flue gas channels, the dew point temperature of the waste gas on the cold walls is quickly flooded and the water vapor can precipitate as condensate. As a result, a high proportion of the latent heat of the waste gas can be transferred.

Door de geleiding van de verbrandingsgassen in de nauwe kanalen, die door de golfplaten zijn gevormd, wordt vrijwel de gehele stralingswarmte van de brandervlammen geabsorbeerd, waardoor een weer verdampen van condensaat na de warmtewisselaar nauwelijks plaats vindt. Om ook de geringe restwarmtestraling door de warmtewisselaar te vermijden, kan er verder voor zijn gezorgd, dat de in-drukkingen van de golfplaten gekromd verlopen.Due to the conduction of the combustion gases in the narrow channels formed by the corrugated sheets, almost all of the radiant heat from the burner flames is absorbed, so that condensation does not evaporate again after the heat exchanger. In order to also avoid the slight residual heat radiation through the heat exchanger, it can further be ensured that the depressions of the corrugated plates are curved.

Als materiaal voor de buizen en de golfplaten alsmede de deze vasthoudende gladde platen, wordt bij voorkeur edelstaal gebruikt.Stainless steel is preferably used as the material for the pipes and the corrugated sheets as well as the smooth plates holding them.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat de in hoofdzaak rechthoekige buizen in twee rijen zijn opgesteld.According to a further inventive feature, the substantially rectangular tubes can be arranged in two rows.

Door deze maatregelen kan een zeer vergaande temperatuurverhoging van 30 tot 50 K worden bereikt. Dit maakt het mogelijk, een dergelijke waterverhitter ook te gebruiken voor het verwarmen van drinkwater.These measures enable a very far-reaching increase in temperature from 30 to 50 K. This makes it possible to also use such a water heater for heating drinking water.

Bij dergelijke doorloopwaterverhitters voor verwarming van drinkwater gaat het in de regel om betrekkelijk geringe doorstroomhoeveelheden water, waarbij een naar verhouding groter drukverlies aan de waterzijde toelaatbaar is. Daardoor kan de buisdoorsnede overeenkomstig klein worden gehouden.Such run-through water heaters for heating drinking water are generally relatively small flow rates of water, whereby a relatively greater pressure loss on the water side is permissible. As a result, the pipe diameter can be kept correspondingly small.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat de koud water toevoer is aangesloten op in het stroomafwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlak opgestelde buizen en de telkens in een vlak opgestelde buizen in serie met elkaar verbonden zijn via omleidingen.According to a further feature of the invention, it can be ensured that the cold water supply is connected to pipes arranged in a plane arranged downstream of the waste gases and the pipes which are each arranged in a plane are connected in series via diversions.

Met deze maatregelen wordt bereikt, dat aan de in de stroomopwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlakken opgestelde buizen het afgewerkte gas op vrijwel de dauw-punttemperatuur wordt afgekoeld, zodat aan de in de stroomafwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlakken opgestelde buizen de in de afgewerkte gassen aanwezige waterdamp condenseert en condensatiewarmte aan de buizen en daarmee aan het te verwarmen medium afgeeft.These measures ensure that on the tubes arranged in the surfaces located upstream of the spent gases the waste gas is cooled to almost the dew point temperature, so that on the tubes arranged in the surfaces located downstream of the spent gases the spent gas is located in the finished gas vapor condenses and gives off heat of condensation to the pipes and thus to the medium to be heated.

De uitvinding wordt nu aan de h&nd van de tekening nader toegelicht. Daarbij toont:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Thereby shows:

Fig. 1 schematisch een gedeeltelijke doorsnede door een warmtewisselaar voor een waterverhitter volgens de uitvinding,Fig. 1 schematically shows a partial section through a heat exchanger for a water heater according to the invention,

Fig. 2 een doorsnede langs de lijn II-II in Fig.Fig. 2 a section along the line II-II in FIG.

1,1,

Fig. 3 een onderdeel van de warmtewisselaar,Fig. 3 a part of the heat exchanger,

Fig. 4 een bovenaanzicht op een golfplaat,Fig. 4 a top view of a corrugated sheet,

Fig. 5 een verdere uitvoeringsvorm van een waterverhitter volgens de uitvinding, enFig. 5 a further embodiment of a water heater according to the invention, and

Fig.6 een doorsnede langs de lijn II-II in Fig. 1 bij uitvoering van de warmtewisselaar als tweelaags warmtewisselaar.Fig. 6 a section along the line II-II in Fig. 1 when the heat exchanger is designed as a two-layer heat exchanger.

De warmtewisselaar 1 vertoont in doorsnede in hoofdzaak rechthoekige buizen 2, die via in hun eindgebie-den opgestelde omkeerplaat 3 met elkaar in serie geschakeld zijn en die tot opwarmend water leiden.In cross section, the heat exchanger 1 has substantially rectangular tubes 2 which are connected in series via reversing plate 3 arranged in their end regions and which lead to heating water.

Tussen telkens twee buizen 2 zijn golfplaten 4 opgesteld en met de buizen 2 door solderen verbonden, waarbij de golfplaten 4 via een gladde plaat 5 met elkaar zijn verbonden. Daarbij geschiedt de verbinding door drukken met behulp van solderen of lassen. Daarbij ontstaat een overeenkomstige compacte warmtewisselaar constructie.Corrugated plates 4 are arranged between two tubes 2 each and are connected to the tubes 2 by soldering, the corrugated plates 4 being connected to each other via a smooth plate 5. The connection is effected by pressing with the aid of soldering or welding. This results in a corresponding compact heat exchanger construction.

Daarbij vormen de golfplaten 4 in verbinding met de gladde plaat 5 en de buitenwanden van buizen 2 doorlopende verbrandingsgaskanalen 6 voor afgewerkt gas van een niet weergegeven gasbrander.In this connection, the corrugated plates 4, in connection with the smooth plate 5 and the outer walls of tubes 2, form continuous combustion gas channels 6 for waste gas from a gas burner (not shown).

De indrukdiepte van de golfplaten bedraagt daarbij 1 tot 2,5 mm en de afstand van de golving 4 tot 6 mm.The indentation depth of the corrugated sheets is 1 to 2.5 mm and the distance of the corrugation is 4 to 6 mm.

Door het opstellen van de buizen 4 samen met de gladde platen 5 aan buizen 2 wordt een vergroting van het oppervlak van de buizen tot het 6 tot 8-voudige verkregen en daarmee een vergaande benutting van de warmte van de verbrandingsgassen.By arranging the pipes 4 together with the smooth plates 5 on pipes 2, an increase in the surface area of the pipes to 6 to 8-fold is obtained, and thus an extensive utilization of the heat of the combustion gases.

Zoals te zien is uit Fig. 3, zijn de golfplaten 4 ten opzichte van buizen 2 aan de toestroomzijde van de verbrandingsgassen, die in de richting van pijl 8 stromen, iets teruggesteld, zodat de toestromende verbrandingsgassen eerst met de buizen in aanraking komen en overeenkomstig worden afgekoeld. Daardoor wordt het volume van de verbrandingsgassen kleiner, zodat de weerstand van de warmtewisselaar voor de verbrandingsgassen overeenkomstig afneemt .As can be seen from FIG. 3, the corrugated plates 4 are slightly reset relative to pipes 2 on the inflow side of the combustion gases flowing in the direction of arrow 8, so that the inflowing combustion gases first come into contact with the pipes and are cooled accordingly. This reduces the volume of the combustion gases, so that the resistance of the heat exchanger to the combustion gases decreases accordingly.

De ribben 7 van golfplaten 4 vertonen, zoals te zien is in Fig. 4, een geringe kromming, waardoor de rest-warmtestraling door de warmtewisselaar wordt voorkomen.The ribs 7 of corrugated sheets 4 show, as can be seen in fig. 4, a small curvature, which prevents the residual heat radiation through the heat exchanger.

In de uitvoeringsvorm volgens Fig. 5 is in het waterverhittingsapparaat 10 een warmtewisselaar 11 in een verhittingsschacht 20 opgesteld, waar van boven naar beneden afgewerkte gassen van een niet weergegeven aangejaagde valbrander doorheen stromen en die in het onderste gebied trechtervormig is uitgevoerd en voorzien is van een condensaatafvoer 21. Deze mondt uit in een sifon 25, waarin het condensaat wordt verzameld, waarbij deze gelijktijdig zorgt voor een afsluiting ten opzichte van de omgeving, zodat geen afgewerkt gas in de opstelruimte van de water-verhitter naar buiten kan komen. Het condensaat kan via een condensaatleiding wegstromen, als een bepaalde condensaat-spiegel in de sifon wordt overschreden. Het afgewerkte gas zelf stroomt in het onderste gebied van verhittingsschacht 20 weg via een leiding 22 voor afgewerkt gas.In the embodiment according to FIG. 5, in the water heating apparatus 10, a heat exchanger 11 is disposed in a heating shaft 20 through which top-down gases from a blown blowtorch (not shown) flow through and which is funnel-shaped in the lower region and is provided with a condensate discharge 21. This opens out in a siphon 25, in which the condensate is collected, while at the same time providing a seal with respect to the surroundings, so that no spent gas can escape into the installation space of the water heater. The condensate can flow out via a condensate pipe if a certain condensate mirror in the siphon is exceeded. The spent gas itself flows into the bottom region of heating shaft 20 through a waste gas line 22.

Warmtewisselaar 11 bevat in twee vlakken opgestelde buizen 2', zodat een twee rijen opstelling van buizen 27 wordt verkregen, die boven elkaar zijn opgesteld. Tussen naburige paren buizen 2' zijn golfplaten 4 aangebracht, die met'telkens een gladde plaat 5 en de buizen 2' zijn verbonden, respectievelijk vastgesoldeerd.Heat exchanger 11 comprises tubes 2 'arranged in two planes, so that a two-row arrangement of tubes 27, which are arranged one above the other, is obtained. Corrugated sheets 4 are provided between adjacent pairs of tubes 2 ', which are connected to each other, and soldered together, respectively, with a smooth sheet 5 and the tubes 2'.

Zoals aangegeven door pijlen 23, stroomt het water eerst door de in het stroomafwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlak opgestelde buizen 27 en wordt eert na doorstromen van alle in het stroomafwaarts gelegen vlak opgestelde buizen 27 omgeleid naar een in het bovenste vlak opgestelde buis 27.As indicated by arrows 23, the water first flows through the planarly located tubes 27 located in the downstream of the waste gases and, after flowing through all the planes 27 located in the downstream plane, is first diverted to a tube 27 arranged in the upper plane.

Op warmtewisselaar 11 sluit een de verhittingsschacht 20 omhullende buisspiraal 24 aan, die leidt tot afgifte van warm water.A tube coil 24 enclosing the heating shaft 20 connects to heat exchanger 11, which leads to the release of hot water.

Fig. 6 toont de volgens Fig. 2 met een laag uitgevoerde warmtewisselaar als tweelaags warmtewisselaar 11, waarbij in de doorstromingsrichting van de afgewerkte gassen twefe Waterbuizen 2' achter elkaar staan.Fig. 6 shows the line shown in FIG. 2 with a low-heat exchanger as a two-layer heat exchanger 11, with two water tubes 2 'one behind the other in the flow direction of the spent gases.

Claims

Water heating appliance with a heat exchanger formed by a burner and formed from hot water flow-through pipes, characterized in that between each two pipes, which are substantially rectangular in cross section, preferably smooth, which are connected in series, two corrugated sheets (4) are arranged, which are arranged on both sides of a smooth sheet (5), corrugated sheets (4) abutting the tubes (2), respectively soldered or welded thereto and with the tubes (2) in circumference form closed channels (6) for the combustion gases.

Water heating appliance according to Claim 1, characterized in that on the inflow side of the combustion gases, the corrugated sheets (4) are reset by a small measure of approximately 20% of the pipe height relative to the pipes (2).

Water heating appliance according to claim 1 or 2, characterized in that the indentation depth of the corrugated sheets (4) is 1 to 2.5 mm and the distance of the undulation is 4 to 6 mm.

Water heating appliance according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the indentations of the corrugated sheets (4) are curved.

Water heating appliance according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the substantially rectangular tubes (2 ') are arranged in two rows.

Water heating appliance according to claim 5, characterized in that the cold water supply is connected to the pipes (2 '(located in the downstream of the waste gases) (and the pipes (2') arranged in each plane, via diversions in connected to each other in series.