DE19813621A1

DE19813621A1 - Heat exchanger for heating apparatus

Info

Publication number: DE19813621A1
Application number: DE1998113621
Authority: DE
Inventors: Roland Merker; Karl-Heinz Schrader; Norbert Markus; Christian Pindur; Klaus Rabbe; Eberhard Bierwagen; Klaus-Dieter Wahnschaffe
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-09-30

Abstract

Pins are formed on the heat-exchanging wall, extending into the flue gas channel. The pins (8-10) have a blunt-conical shape and the water-side (6) pins (10) are located opposite the flue-gas-side pins (8) on the first wall (3). There are further flue-gas-side pins (9) on the second wall (4), interdigitating with the first set of pins. The pins on the water side have a reducing height in the direction of the flue gas flow, and are arranged in the high temperature area of the walls (3,4). An outer wall (12) limiting the water channel (6) is corrugated.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Heizgerät, wobei wenigstens ein von Verbrennungsabgas durchströmbarer Abgaszug über wenigstens eine wärmetauschende Wandung von wenigstens einem Heizungswasser führenden Heizungskanal getrennt ist und an der Wandung in den Abgaszug ragende Stifte ausgebildet sind.The invention relates to a heat exchanger for a Heater, wherein at least one of combustion exhaust gas flow-through exhaust gas train via at least one heat-exchanging wall of at least one Heating water leading heating duct is separated and pins protruding from the wall into the flue gas duct are.

Derartige Wärmetauscher werden bei Zentral- Heizungskesseln, insbesondere Gasheizkesseln verwendet, die aus mehreren Gußgliedern zusammengesetzt sind. In der DE 26 49 635 C2 ist ein derartiger Wärmetauscher beschrieben. Die gasseitigen Stifte dienen der Verbesserung der Wärmeübertragung vom Abgas auf die Wandung und damit auf das zu beheizende Wasser. Die Stifte des einen Kesselgliedes greifen kämmend zwischen die Stifte des benachbarten Kesselgliedes. Die Stifte sind bei der DE 26 49 635 C2 auf einem zur Abgas- Strömungsrichtung diagonalen Muster angeordnet. Dies hat den Nachteil, daß die Stifte bei Verrußung praktisch nicht mechanisch zu reinigen sind. Besondere Gestaltungen der Wasserkanäle sind in der DE 26 49 635 C2 nicht beschrieben.Such heat exchangers are used at central Heating boilers, in particular gas boilers used, which are composed of several cast members. In the DE 26 49 635 C2 is such a heat exchanger described. The gas-side pins are used for Improvement of the heat transfer from the exhaust gas to the Wall and thus on the water to be heated. The Pins of one boiler link mesh between the pins of the adjacent boiler section. The pencils are in DE 26 49 635 C2 on an exhaust gas Flow direction arranged diagonal pattern. this has the disadvantage that the pins are practical when sooty cannot be cleaned mechanically. Special designs the water channels are not in DE 26 49 635 C2 described.

Ähnliche Wärmetauscher sind auch aus der EP 0 547 641 A1 und der EP 0 645 591 A1 bekannt.Similar heat exchangers are also known from EP 0 547 641 A1 and EP 0 645 591 A1.

Bei bekannten Wärmetauschern ist der Wasserkanal zur Verbesserung der Wärmeübertragung mäanderförmig geführt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei abnehmender Wasserströmung, die im Grenzfall Null werden kann, bereichsweise, insbesondere im Hochtemperaturbereich, so hohe Temperaturen auftreten, daß ein Sicherheitstemperaturbegrenzer anspricht, was einen Störfall darstellt. Der Wärmetauscher ist also in diesem Sinne nicht eigensicher. Zonale Temperaturüberhöhungen können auch zum zonalen Sieden des Wassers führen, womit eine unerwünschte Geräuschentwicklung verbunden ist.In known heat exchangers, the water channel is used Improvement of the heat transfer led meandering. However, this has the disadvantage that with decreasing Water flow, which in the borderline case can become zero, in some areas, especially in the high temperature area, see above high temperatures occur that a Safety temperature limiter appeals to you Represents an accident. So the heat exchanger is in this Senses not intrinsically safe. Zonal temperature increases can also lead to zonal boiling of the water, with what unwanted noise is associated.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem Siedegeräusche möglichst vermieden sind und/oder der eigensicher arbeitet.The object of the invention is to provide a heat exchanger to propose the type mentioned at the beginning, in which Boiling noises are avoided as far as possible and / or the works intrinsically safe.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Wandung weitere Stifte ausgebildet sind, die in den Wasserkanal ragen.According to the invention the above object is achieved in that the wall further pins are formed, which in the Water channel protrude.

Die in den Wasserkanal bzw. die Wasserkanäle ragenden Stifte führen zu einer zonalen Verwirbelung der Wasserströmung und vergrößern die wasserseitige Wärmeübertragungsfläche, so daß kaum noch Siedegeräusche und im extremen Fall keine Kavitationen infolge Flächenverdampfung auftreten. Die Wärmeübertragungseigenschaften auf das Wasser sind auch ohne eine mäanderförmige Zwangsführung des Wassers gut, da eine frei Turbulenz des Wassers eine hohe konvektive Wärmestromdichte zuläßt.Those protruding into the water channel or channels Pins cause a zonal swirling of the Water flow and enlarge the water side Heat transfer surface, so that hardly any boiling noises and in extreme cases no cavitation as a result Surface evaporation occur. The Heat transfer properties to the water are also without a meandering flow of water, because a free turbulence of the water is a high convective Allows heat flow density.

Eine Eigensicherheit des Wärmetauschers ist erreicht, weil auch bei abnehmender Wasserströmung, die im Grenzfall Null werden kann, die Wärme konvektiv auf das Wasser im Wasserkanal insgesamt verteilt wird und somit nicht Einzelbereiche überhitzt werden.The heat exchanger is intrinsically safe, because even with decreasing water flow, which in the Limit case can be zero, the heat is convective on the Water is distributed in the water channel as a whole and thus individual areas cannot be overheated.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:Advantageous refinements of the invention result from the subclaims and the following description. The drawing shows:

Fig. 1 einen Teilschnitt eines Wärmetauschers längs der Linie I-I nach Fig. 2, Fig. 1 shows a partial section of a heat exchanger taken along the line II of Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1 und Fig. 2 shows a section along the line II-II of Fig. 1 and

Fig. 3 eine alternative Außenwandgestaltung. Fig. 3 shows an alternative exterior wall design.

Ein Wärmetauscher eines Heizkessels ist aus mehreren Gußgliedern, beispielsweise aus Aluminiumguß, zusammengebaut. In Fig. 1 sind zwei Gußglieder 1, 2 teilweise gezeigt. Jedes der Gußglieder 1, 2 weist eine Wandung 3 bzw. 4 auf. Zwischen den Wandungen 3, 4 besteht ein Abgaszug 5, in dem Abgas eines oberhalb des Wärmetauschers angeordneten, nicht dargestellten Brennwert-Gasgebläsebrenners nach unten strömt. Neben den Wandungen 3, 4 besteht jeweils ein Wasserkanal 6, 7, in dem Wasser im Gegenstrom zum Abgas strömt.A heat exchanger of a boiler is composed of several cast members, for example cast aluminum. In Fig. 1, two cast members 1 , 2 are partially shown. Each of the cast members 1 , 2 has a wall 3 or 4 . Between the walls 3 , 4 there is an exhaust gas duct 5 , in which the exhaust gas of a condensing gas fan burner, not shown, arranged above the heat exchanger flows downwards. In addition to the walls 3 , 4 , there is a water channel 6 , 7 , in which water flows in counterflow to the exhaust gas.

An den Wandungen 3 und 4 sind jeweils in horizontalen und in vertikalen Linien (vgl. Fig. 2) abgasseitig Stifte 8, 9 ausgebildet. Die Stifte 8 greifen kammartig zwischen die Stifte 9. Die Stifte 8, 9 haben die Form von Pyramidenstümpfen (vgl. Fig. 2 oben) oder die Form von Kegelstümpfen (vgl. Fig. 2 unten). Durch die Anordnung der Stifte 8, 9 in vertikalen Linien, die parallel zur Abgasströmung liegen, besteht die Möglichkeit, die Stifte 8, 9 durch Einschieben einer Bürste in Abgas- Strömungsrichtung zu reinigen.Pins 8 , 9 are formed on the walls 3 and 4 in horizontal and vertical lines (see FIG. 2) on the exhaust gas side. The pins 8 engage like a comb between the pins 9 . The pins 8 , 9 have the shape of truncated pyramids (see FIG. 2 above) or the shape of truncated cones (see FIG. 2 below). The arrangement of the pins 8 , 9 in vertical lines, which are parallel to the exhaust gas flow, makes it possible to clean the pins 8 , 9 by inserting a brush in the exhaust gas flow direction.

Wasserseitig sind an der Wandung 3 bzw. 4 Stifte 10, 11 gestaltet, die in den jeweiligen Wasserkanal 6, 7 ragen. Die Stifte 10, 11 haben eine ähnliche Gestalt wie die Stifte 8, 9. Sie sind kegelstumpfförmig mit abgerundeten Kanten geformt. Die Stifte 10 liegen den Stiften 8 jeweils in der Weise gegenüber, daß jeder Stift 10 in der Verlängerung eines Stifts 8 liegt. Gleiches gilt für die Stifte 11 bezüglich der Stifte 9. Dadurch ist ein direkter Wärmefluß von den Stiften 8 in die Stifte 10 und von den Stiften 9 in die Stifte 11 erreicht. Die Stifte 10,11 haben etwa den gleichen Fußdurchmesser, d. h. Durchmesser an den Wandungen 3, 4, wie die Stifte 8, 9.On the water side 3 or 4 pins 10 , 11 are formed on the wall, which protrude into the respective water channel 6 , 7 . The pins 10 , 11 have a similar shape to the pins 8 , 9 . They are shaped like a truncated cone with rounded edges. The pins 10 are each opposite the pins 8 in such a way that each pin 10 lies in the extension of a pin 8 . The same applies to the pins 11 with respect to the pins 9 . This results in a direct heat flow from the pins 8 into the pins 10 and from the pins 9 into the pins 11 . The pins 10 , 11 have approximately the same base diameter, ie diameter on the walls 3 , 4 , as the pins 8 , 9 .

Die Höhe H der Stifte 10 bzw. 11 ist kleiner als die Breite B des jeweiligen Wasserkanals 6, 7. Die Stifte 10, 11 lassen damit eine freie Konvektion des Wassers zu. Die Höhe H der Stifte 10, 11 ist kleiner als die Höhe M der Stifte 8, 9. Die Höhe H der Stifte 10, 11 ist beispielsweise höchstens halb so groß wie die Höhe M. Die Höhen H der Stifte 10, 11 können auch unterschiedlich sein. Dort wo die Wärmestromdichten kleiner sind, also in Richtung der Abgasströmung, d. h. in Fig. 1 nach unten hin, können die Höhen H der Stifte 10, 11 kleiner werden und gegen Null gehen. Es ist auch möglich, Stifte 10, 11 nur im Hochtemperaturbereich vorzusehen, also dort wo das heiße Abgas des Brenners in den Abgaszug 5 eintritt (oben in Fig. 1).The height H of the pins 10 and 11 is smaller than the width B of the respective water channel 6 , 7 . The pins 10 , 11 thus allow free convection of the water. The height H of the pins 10 , 11 is less than the height M of the pins 8 , 9 . The height H of the pins 10 , 11 is, for example, at most half the height M. The heights H of the pins 10 , 11 can also be different. Where the heat flow densities are lower, ie in the direction of the exhaust gas flow, ie downwards in FIG. 1, the heights H of the pins 10 , 11 can become smaller and go towards zero. It is also possible to provide pins 10 , 11 only in the high temperature range, ie where the hot exhaust gas from the burner enters the exhaust gas duct 5 (top in FIG. 1).

Die Funktionsweise der Stifte 10, 11 ist im wesentlichen folgende:
Die Stifte 10, 11 vergrößern einerseits die wasserseitige Wärmeübertragungsfläche und führen andererseits zu einer gewissen Verwirbelung der Wasserströmung. Es ist somit eine konvektive Wärmeübertragung erreicht, durch die das Entstehen von Siedegeräuschen unterbunden ist, weil nicht zonale Übertemperaturen auftreten.The operation of the pins 10 , 11 is essentially as follows:
The pins 10 , 11 on the one hand increase the water-side heat transfer area and on the other hand lead to a certain swirling of the water flow. Convective heat transfer is thus achieved, which prevents the development of boiling noises because there are no zonal excess temperatures.

Wird die Wasserströmung unterbrochen, dann wird die Wärme weiter konvektiv auf das Wasser in dem Wasserkanal 6, 7 übertragen. Es kommt dabei nicht zu einer schnellen Überhitzung und damit einem schnellen Ansprechen eines Sicherheitstemperaturbegrenzers. Der Wärmetauscher ist also eigensicher.If the water flow is interrupted, the heat is transferred convectively to the water in the water channel 6 , 7 . There is no rapid overheating and thus a quick response of a safety temperature limiter. The heat exchanger is therefore intrinsically safe.

Das äußere Gußglied 1 weist zur Begrenzung des Wasserkanals 6 eine Außenwand 12 auf, die nicht direkt vom Abgas beheizt ist. Insbesondere bei Werkstoffen mit hohem Temperaturausdehnungskoeffizienten, beispielsweise Aluminium, entstehen hohe Wärmespannungen. Eine Verkalkung der Wandung 3 kann diesen Effekt noch vergrößern. Um die damit verbundene Gefahr von Rißbildungen zu vermeiden, ist die Außenwand 12 elastisch und/oder dünner als die Wandung 3 gestaltet. Vorzugsweise ist die Außenwand 12 gewellt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.The outer cast member 1 has an outer wall 12 to limit the water channel 6 , which is not directly heated by the exhaust gas. High thermal stresses arise in particular in the case of materials with a high coefficient of thermal expansion, for example aluminum. A calcification of the wall 3 can increase this effect. In order to avoid the associated risk of cracking, the outer wall 12 is designed to be elastic and / or thinner than the wall 3 . The outer wall 12 is preferably corrugated, as shown in FIG. 3.

Claims

1. Heat exchanger for a heater, wherein at least one exhaust gas flow through which combustion exhaust gas is separated via at least one heat-exchanging wall from at least one heating water-carrying water channel and pins protruding on the wall are formed, characterized in that on the wall ( 3 , 4 ) further pins ( 10 , 11 ) are formed which protrude into the water channel ( 6 , 7 ).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pins ( 8 , 9 , 10 , 11 ) have a frustoconical shape.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the water-side pins ( 10 , 11 ) are each in the extension of the exhaust-side pins ( 8 , 9 ).

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the water-side pins ( 10 , 11 ) have a decreasing height (H) in the direction of the exhaust gas flow.

5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the water-side pins ( 10 , 11 ) are arranged in the high temperature region of the wall ( 3 , 4 ).

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the height (H) of the water-side pins ( 10 , 11 ) is smaller than the width (B) of the water channel ( 6 , 7 ).

7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the height (H) of the water-side pins ( 10 , 11 ) is at most half as large as the height (M) of the exhaust-side pins ( 8 , 9 ).

8. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust-side pins ( 8 , 9 ) lie on lines parallel to the exhaust gas flow.

9. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that an outer wall ( 12 ) delimiting the water channel ( 6 ) is corrugated.