DE20320278U1

DE20320278U1 - Heat exchanger for hot water boiler, has flow guide parts on inside of water conduit for breaking up boundary layer on smooth heat transfer surface

Info

Publication number: DE20320278U1
Application number: DE20320278U
Authority: DE
Original assignee: Buderus Heiztechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2013-06-26

Abstract

Flow guide parts (6) are provided on the inside of the water conduit (1) in order to break up the boundary layer of water on the smooth heat transfer surface of the conduit. The heat exchanger is preferably made from a cast material and is used to carry out heat exchange between heating gases and boiler water. The heat exchanger comprises at least one water conduit with two or more walls (2, 3), at least one wall having a side in contact with the heating gases and preferably provided with surface area-increasing parts (5), as well as having a side in contact with the water.

Description

Die Neuerung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere aus einem Gusswerkstoff, nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The innovation concerns a heat exchanger, in particular made of a cast material, according to the generic term of the protection claim 1.

Gattungsgemäße Wärmetauscher aus Grauguss oder Aluminium werden bei Heizkesseln für den Wärmeaustausch zwischen den Heizgasen und dem Kesselwasser eingesetzt. Sie bestehen aus mindestens einem Wasserkanal mit mindestens zwei begrenzenden Wänden, wobei mindestens eine Wand eine heizgasberührte, vorzugsweise mit oberflächenvergrößernden Elementen versehene Wandseite, sowie eine wasserberührte Wandseite aufweist.Generic heat exchanger made of gray cast iron or Aluminum is used in boilers for heat exchange between the heating gases and the boiler water. They consist of at least one Water channel with at least two bounding walls, at least one Wall touched by hot gas, preferably with surface enlarging Element-side wall side, as well as a water-side wall side having.

Die DE 41 16 383 C2 zeigt einen Gliederheizkessel mit vertikal ausgerichteten Kesselgliedern, welche eine heizgasberührte Außenseite besitzen und einen mit dem Vorlauf- und Rücklaufanschluss verbundenen Wasserraum eischließen. Im Wasserraum befinden sich Stege. Diese dienen zur Abstützung der beiden Wände und als Wärmeleitbrücken. Auch die DE 37 24 940 enthält ein Kesselglied mit Rippen im Wasserraum, um beispielsweise den Wasservolumenstrom gleichmäßig über den gesamten Wasserraum zu verteilen. Bei einem Mittelglied sind auf den beiden heizgasberührten Außenseiten des Kesselgliedes Vorsprünge, insbesondere Rippen oder Noppen, zur Verbesserung der Wärmeübertragung angebracht. Handelt es sich um ein Endglied, so ist eine Außenseite glatt und begrenzt den Kesselblock.The DE 41 16 383 C2 shows a sectional boiler with vertically aligned boiler sections, which have a hot gas outside and enclose a water space connected to the flow and return connection. There are bridges in the water area. These serve to support the two walls and as thermal bridges. Also the DE 37 24 940 contains a boiler element with ribs in the water space, for example to distribute the water volume flow evenly over the entire water space. In the case of a central element, projections, in particular ribs or knobs, are provided on the two outer sides of the boiler element that are in contact with hot gas in order to improve the heat transfer. If it is an end link, the outside is smooth and delimits the boiler block.

Um die Wärmeübertragung zu verbessern, wurden gemäß der DE 19 28 913 die Wasserkanäle mit wellenförmigen Wänden versehen. Sowohl auf der Wasser- als auch auf der Heizgasseite werden damit Turbulenzen erzeugt. Allerdings ergeben sich dadurch relativ komplizierte Kerne, Modelle und Formen.In order to improve the heat transfer, according to the DE 19 28 913 the water channels are provided with undulating walls. This creates turbulence on both the water and the heating gas side. However, this results in relatively complicated cores, models and shapes.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher, insbesondere aus einem Gusswerkstoff, zur Verwendung bei einem Heizkessel für den Wärmeaustausch zwischen Heizgasen und Kesselwasser zu schaffen, welcher bei möglichst kompakten Abmessungen gute Wärmeübertragungseigenschaften besitzt.The innovation is based on the task, one Heat exchanger, in particular made of a cast material, for use in a boiler for the heat exchange to create between heating gases and boiler water, which is as compact as possible Dimensions good heat transfer properties has.

Neuerungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the new features of protection claim 1 solved. Advantageous further developments can be found in the subclaims.

Der Wärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wasserkanals, auf einer der wärmeübertragenden Fläche gegenüberliegenden Wand, Strömungsleitelemente angeordnet sind, welche die Wärmeübertragung auf der einer heizgasberührten Wandseite zugeordneten, wasserberührten Wandseite beeinflussen, indem die wasserseitige Grenzschicht an der weitgehend glatten, wärmeübertragenden Fläche aufgelöst wird.The heat exchanger is characterized by that inside the water channel, on an opposite side of the heat transfer surface Wall, flow control elements are arranged, which are the heat transfer on the one touching hot gas Influence the side of the wall that is in contact with the water, by the water-side boundary layer on the largely smooth, heat transfer area disbanded becomes.

Dazu sind die Strömungsleitelemente innerhalb des Wasserkanals auf der einer wärmeübertragenden Fläche hinter einer heizgasberührten Wandseite zugeordneten, gegenüberliegenden Wand angeformt und als oberflächenvergrößernde Elemente ausgeführt. Außerdem können die Strömungsleitelemente auf der einer wärmeübertragenden Fläche hinter einer heizgasberührten Wandseite zugeordneten, gegenüberliegenden Wand angeordnet sein und in Form von Stegen oder Rippen eine Verbindung zur gegenüberliegenden Wand des Wasserkanals bilden.For this purpose, the flow guide elements are inside of the water channel on that of a heat transfer area behind a hot gas Wall side assigned, opposite Molded on the wall and designed as surface-enlarging elements. In addition, the flow guide on that of a heat transfer Area behind a hot gas contact Wall side assigned, opposite Wall be arranged and a connection in the form of webs or ribs to the opposite Form the wall of the water channel.

Alternativ dazu kann innerhalb des Wasserkanal, vorzugsweise mit Abstand zu den Wänden, eine diesen im Wesentlichen aufteilende Trennwand angeordnet sein. Diese ist angegossen oder als separates Teil ausgeführt, an den Wänden fixiert und mindestens auf einer Seite mit Strömungsleitelementen versehen, welche auf die jeweils zugeordnete, benachbarte, wärmeübertragende Fläche einer wasserberührten Wandseite wirken. Insbesondere ist die Trennwand innerhalb des Wasserkanals im Wesentlichen parallel zu dessen Wänden ausgerichtet und/oder an diese, mindestens über punktartige Verbindungsbereiche, angeformt.Alternatively, within the Water channel, preferably at a distance from the walls, essentially one dividing partition can be arranged. This is cast on or executed as a separate part, on the walls fixed and provided with flow control elements on at least one side, which to the respectively assigned, adjacent, heat-transferring area one in contact with water Wall side act. In particular, the partition is inside the water channel aligned essentially parallel to its walls and / or to this, at least about point-like connection areas, molded.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Strömungsleitelemente eine tragflügelartige Gestalt und sind als im Wesentlichen quer zu Strömungsrichtung des Wassers verlaufende Streifen gestaltet. An jedem Element bildet sich somit ein Wirbel, der auf die Grenzschicht an der gegenüberliegenden Wand Einfluss nimmt.In a preferred embodiment have the flow control elements a wing-like shape and are considered to be essentially transverse to the flow direction of the water Stripes designed. A vortex is thus formed on each element influence on the boundary layer on the opposite wall takes.

Mit dem neuerungsgemäßen Aufbau wird ein Wärmetauscher, insbesondere aus einem Gusswerkstoff, zur Verwendung bei einem Heizkessel geschaffen. Der Wärmeaustausch zwischen Heizgasen und Kesselwasser wird wasserseitig durch Auflösung der sich ausbildenden Grenzschicht an der Wand verbessert. Mit den günstigen Wärmeübertragungseigenschaften ergeben sich kompakte Abmessungen und ein geringerer Einsatz von Gusswerkstoffen.With the new construction becomes a heat exchanger, in particular made of a cast material, for use in a boiler created. The heat exchange between heating gases and boiler water is water side by dissolving the forming boundary layer on the wall improved. With the cheap Heat transfer properties result in compact dimensions and less use of Cast materials.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung dar. Es zeigt jeweils einen vertikalen Schnitt durch einen Wärmetauscher mit Strömungsleitelementen:The drawing represents an embodiment of the Innovation. It shows a vertical section through one heat exchangers with flow control elements:

1: auf einer Trennwand innerhalb des Wasserkanals und 1 : on a partition within the water channel and

2: direkt auf einer Wand des Wasserkanals. 2 : directly on a wall of the water channel.

Der Wärmetauscher besitzt einen Wasserkanal 1 mit mindestens zwei Wänden 2, 3, wobei mindestens eine Wand 2, 3 einen Heizgaskanal 4 abgrenzt und auf der heizgasberührten Wandseite mit oberflächenvergrößernden Elementen 5 versehen ist.The heat exchanger has a water channel 1 with at least two walls 2 . 3 , with at least one wall 2 . 3 a heating gas duct 4 delimited and on the hot gas wall side with surface-enlarging elements 5 is provided.

Innerhalb des Wasserkanals, auf einer der wärmeübertragenden Fläche gegenüberliegenden Wand 2, 3 sind Strömungsleitelemente 6 angeordnet, welche die Wärmeübertragung auf der jeweils einer heizgasberührten Wandseite zugeordneten, wasserberührten Wandseite beeinflussen. Dabei wird jeweils auf der gegenüberliegenden, glatten, wärmeübertragenden Fläche die Grenzschicht durch Verwirbelungen aufgelöst.Inside the water channel, on a wall opposite the heat transfer surface 2 . 3 are flow control elements 6 Arranged, which influence the heat transfer on the water side of the wall associated with a hot gas wall side. It is on the opposite, smooth, heat transferring surface the boundary layer dissolved by turbulence.

In 1 befinden sich die Strömungsleitelemente 6 innerhalb des Wasserkanals 1 auf einer Trennwand 7, welche vorzugsweise etwa in der Mitte des Wasserkanals 1 angeordnet ist. Im jeweiligen Strömungsweg werden somit Verwirbelungen zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf der gegenüberliegenden, zugeordneten Fläche der Wände 2, 3 erzeugt.In 1 are the flow control elements 6 inside the water channel 1 on a partition 7 , which is preferably about in the middle of the water channel 1 is arranged. In the respective flow path there are therefore turbulences to improve the heat transfer on the opposite, assigned surface of the walls 2 . 3 generated.

Gemäß 2 können die Strömungsleitelemente 6 innerhalb des Wasserkanals 1 direkt auf einer Wand 2, 3 des Wasserkanals 1 angeformt oder angebracht sein, wenn diese beispielsweise nicht heizgasberührt ist. Diese sind der gegenüberliegenden, wärmeübertragenden Fläche hinter der heizgasberührten Wand 2 zugeordnet.According to 2 can the flow guide 6 inside the water channel 1 directly on a wall 2 . 3 of the water channel 1 molded or attached if this is not in contact with hot gas, for example. These are the opposite, heat-transferring surface behind the wall in contact with the heating gas 2 assigned.

Claims

Wärmetauscher, insbesondere aus einem Gusswerkstoff, zur Verwendung bei einem Heizkessel für den Wärmeaustausch zwischen Heizgasen und Kesselwasser, bestehend aus mindestens einem Wasserkanal mit mindestens zwei Wänden, wobei mindestens eine Wand eine heizgasberührte, vorzugsweise mit oberflächenvergrößernden Elementen versehene Wandseite sowie eine wasserberührte Wandseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wasserkanals (1), auf einer der wärmeübertragenden Fläche gegenüberliegenden Wand (2, 3), Strömungsleitelemente (6) angeordnet sind, welche die Wärmeübertragung auf der einer heizgasberührten Wandseite zugeordneten, wasserberührten Wandseite beeinflussen, indem die Grenzschicht an der weitgehend glatten, wärmeübertragenden Fläche aufgelöst wird.Heat exchanger, in particular made of a cast material, for use in a boiler for the exchange of heat between heating gases and boiler water, consisting of at least one water channel with at least two walls, at least one wall having a wall side in contact with the heating gas, preferably provided with surface-enlarging elements, and a wall side in contact with water, thereby characterized that within the water channel ( 1 ), on a wall opposite the heat transfer surface ( 2 . 3 ), Flow control elements ( 6 ) are arranged, which influence the heat transfer on the wall side which is in contact with the heating gas and which is in contact with the water, by dissolving the boundary layer on the largely smooth, heat-transferring surface.

Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente (6) innerhalb des Wasserkanals (1) auf der einer wärmeübertragenden Fläche hinter einer heizgasberührten Wandseite zugeordneten, gegenüberliegenden Wand (2, 3) angeformt und als oberflächenvergrößernde Elemente ausgeführt sind.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow guide elements ( 6 ) inside the water channel ( 1 ) on the opposite wall assigned to a heat transfer surface behind a wall side in contact with hot gas ( 2 . 3 ) are molded and designed as surface-enlarging elements.

Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente (6) innerhalb des Wasserkanals (1) auf der einer wärmeübertragenden Fläche hinter einer heizgasberührten Wandseite zugeordneten, gegenüberliegenden Wand (2, 3) angeordnet sind und in Form von Stegen oder Rippen eine Verbindung zur gegenüberliegenden Wand (2, 3) des Wasserkanals (1) bilden.Heat exchanger according to claims 1 or 2, characterized in that the flow guide elements ( 6 ) inside the water channel ( 1 ) on the opposite wall assigned to a heat transfer surface behind a wall side in contact with hot gas ( 2 . 3 ) are arranged and in the form of webs or ribs a connection to the opposite wall ( 2 . 3 ) of the water channel ( 1 ) form.

Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wasserkanals (1) eine diesen im Wesentlichen aufteilende Trennwand (7) angeordnet und mindestens auf einer Seite mit Strömungsleitelementen (6) versehen ist, welche auf die jeweils zugeordnete, benachbarte, wärmeübertragende Fläche einer wasserberührten Wandseite wirken.Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that within the water channel ( 1 ) a partition that essentially divides them ( 7 ) arranged and at least on one side with flow guide elements ( 6 ) is provided, which act on the respectively assigned, adjacent, heat-transferring surface of a wall side in contact with water.

Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (7) innerhalb des Wasserkanals (1) im Wesentlichen parallel zu den Wänden (2, 3) des Wasserkanals (1) ausgerichtet und/oder an diese, mindestens über punktartige Verbindungsbereiche, angeformt ist.Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the partition ( 7 ) inside the water channel ( 1 ) essentially parallel to the walls ( 2 . 3 ) of the water channel ( 1 ) is aligned and / or molded onto them, at least via point-like connection areas.

Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wasserkanals (1), vorzugsweise mit Abstand zu den Wänden (2, 3), ein zusätzliches Element angeordnet und mindestens auf einer Seite mit Strömungsleitelementen versehen ist, welche auf die jeweils zugeordnete, benachbarte, wärmeübertragende Fläche einer wasserberührten Wandseite wirken.Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that within the water channel ( 1 ), preferably at a distance from the walls ( 2 . 3 ), an additional element is arranged and at least on one side is provided with flow guiding elements which act on the respectively assigned, adjacent, heat-transferring surface of a wall side in contact with water.

Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente (6) vorzugsweise eine tragflügelartige Gestalt besitzen.Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the flow guide elements ( 6 ) preferably have a wing-like shape.

Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente (6) vorzugsweise als im Wesentlichen quer zu Strömungsrichtung des Wasser verlaufende Streifen gestaltet sind.Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the flow guide elements ( 6 ) are preferably designed as strips running essentially transversely to the flow direction of the water.