DE3219099C2 - Heat exchanger - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle mit einem von ein aufzuheizendes Medium führenden Rohren durchzogenen Lamellenblock. Zur Lösung der Aufgabe, möglichst unter Beibehaltung einer Konstruktion, gemäß der DE-PS 2556585, den Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erhöhen, ist vorgesehen, daß bei auf der der Wärmequelle zugewandten Seite der Lamellen des Blocks eine Ausnehmung vorhanden ist, in diese Ausnehmung (29) einen stabförmigen Körper (34) einzulegen.The present invention relates to a heat exchanger for a fuel-heated heat source with a lamellar block through which pipes carrying a medium to be heated pass. To solve the problem of increasing the efficiency of the heat exchanger, if possible while maintaining a construction according to DE-PS 2556585, it is provided that on the side of the lamellas of the block facing the heat source there is a recess in this recess (29 ) insert a rod-shaped body (34).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. The present invention relates to a heat exchanger according to the preamble of the main claim.

Ein solcher Wärmetauscher ist beispielsweise aus der DE-PS 25 5ό 585 bekanntgeworden und arbeitet durchaus zufriedenstellend. Im Zuge anwachsender Anforderungen an den thermischen Wirkungsgrad solcher Wärmetauscher hat es sich nun herausgestellt, daß der bekannte Wärmetauscher zu verbessern ist, so daß die Aufgabe besteht, möglichst unter Beibehaltung der Konstruktion des Wärmetauschers den Wirkungsgrad zu erhöhen.Such a heat exchanger has become known, for example, from DE-PS 25 5ό 585 and works well satisfactory. In the course of increasing requirements on the thermal efficiency of such heat exchangers, it has now been found that the known The heat exchanger is to be improved, so that the task is, if possible, while maintaining the Construction of the heat exchanger to increase the efficiency.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs vorgesehenen Maßnahmen.This problem is solved by what is provided in the characterizing part of the main claim Measures.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Nachfolgend wird anhand der Beschreibung sowie der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt:Further refinements and particularly advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the description and the drawing.
It shows:

ίο Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Umluufwasserhcizers in Teilschnitt-Seitenansicht undίο Fig. 1 is a schematic diagram of a Umluufwasserhcizers in partial section side view and

F i g. 2 und 3 Details des Wärmetauschers im Querschnitt. F i g. 2 and 3 details of the heat exchanger in cross section.

In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.The same reference numerals are used in all three figures the same details in each case.

Ein Umlaufwasserheizer gemäß Fig. 1 weist einen öi- oder Gasbrenner auf, der als Gebläsebrenner ausgestaltet ist und dem Frischluft von einem Gebläse 3 über einen Schacht 4 zugführt wird. An dem Brenner 2 schließt sich ein Abgaskanal 5 an. in dem eine lonisationsüberwachungselektrode 6 und eine Zündelelektrode 7 für den Brenner angeordnet sind. Im Zuge des waagrecht verlaufenden Abgaskanais 5 ist ein Lameilenblockwärmetauscher 8 vorgesehen, bevor sich derA circulating water heater according to FIG. 1 has an oil or gas burner which is designed as a fan burner and the fresh air is supplied by a fan 3 via a duct 4. On the burner 2 is followed by an exhaust duct 5. in which an ionization monitoring electrode 6 and an ignition electrode 7 for the burner are arranged. In the course of the horizontally extending exhaust duct 5 is a finned block heat exchanger 8 provided before the

Kanal 5 zu einer Auslaßöffnung 9 verengt. An die Öffnung 9 ist ein nicht weiter dargestellter Schornstein angeschlossen. Auf dem Wärmetauscher 8, der eine größtenteils geschweißte und gesteckte Stahlblechkonstruktion darstellt, ist ein Speichergefäß 10 direkt und unmit-Channel 5 narrows to an outlet opening 9. At the opening 9 a chimney, not shown, is connected. On the heat exchanger 8, the one for the most part represents welded and plugged sheet steel construction, a storage vessel 10 is directly and immediately

jo telbar aufgesetzt. Unterhalb des Wärmetauschers 8 ist ein Umgehungskanal 11 vorgesehen. Das Speichergefäß 10 und der Umgehufigskanal 11 stehen einmal über eine Vielzahl parallelgeschalteter Wasserrohre 12 sowie über die seitlich in einen Tragrahmen 22 angeordneten Außenkanäle 24 wasserseitig miteinander in Verbindung. Im unteren Bereich 13 des Speichergefäßes 10 mündet ein Rücklaufstutzen 14 einer Heizungsanlage, der unmittelbar benachbart dem Vorlauf 15 des Wärmetauschers 8 ist. Im obersten Bereich 16 des Speichergefäßes 10 ist der Vorlaufstutzen 17 der Heizungsanlage angeschlossen, wobei der Vorltufstutten bis etwa in die Mitte des Speichergefäßes 10 reicht. Im mittleren Bereich des Speichergefäßes 10 ist ein ßrauchwasserbereiter 18 vorgesehen, der als Rohrschlange ausgebildet ist und dessen Vorlaufleitung mit 19 und dessen Rücklaufleitung mit 20 bezeichnet ist. Zur Unterstützung der Thermosiphonwirkung des Speichergefäßes 10 im Bereich des Wärmetduschers 8 ist das Speichergefäß in seinem unteren Bereich 13 schmaler gehalten als im oberen Bereich 16.jo telbar put on. Below the heat exchanger 8 is a bypass channel 11 is provided. The storage vessel 10 and the Umgehufigskanal 11 are once over a A large number of water pipes 12 connected in parallel and via those arranged laterally in a support frame 22 Outer channels 24 in connection with one another on the water side. In the lower area 13 of the storage vessel 10 opens a return connection 14 of a heating system, which is immediately adjacent to the flow 15 of the heat exchanger 8 is. In the uppermost area 16 of the storage vessel 10 is the flow connection 17 of the heating system connected, with the Vorltufstutten up to about Middle of the storage vessel 10 is sufficient. In the middle area of the storage vessel 10 is a ßrauchwasserbereiter 18 is provided, which is designed as a coil and its flow line with 19 and its return line is denoted by 20. To support the thermosiphon effect of the storage vessel 10 in the area of the heat exchanger 8, the storage vessel is kept narrower in its lower region 13 than in the upper area 16.

Der Wärmetauscher 8 bildet mit dem Speichergefäß 10 eine Baueinheit 21, die aus dein Tragrahmen 22 besteht, der den Wärmetauscher 8, das Speichergefäß 10 unu den Wärmetauscher 18 aufnimmt.The heat exchanger 8 forms with the storage vessel 10 a structural unit 21, which consists of the support frame 22, which accommodates the heat exchanger 8, the storage vessel 10 and the heat exchanger 18.

Im unteren Teil sind die einzelnen zueinander parallel geschalteten Wasserrohre 12 ersichtlich, in denen das Wasser in Richtung der Pfeile 23 aufgrund der Thermosiphonwirkung aufwärts strömt. In den Außenkanälen strömt das Wasser abwärst. Die Außenkanäle 24 sind alsIn the lower part they are parallel to each other switched water pipes 12 can be seen in which the water in the direction of arrows 23 due to the thermosiphon effect flows upwards. The water flows down in the outer channels. The outer channels 24 are as

bo Teil des Umgehungskanals 11 aufzufassen.bo part of the bypass channel 11 to be understood.

Die einzelnen Lamellen 27 bilden zusammen mit der Vielzahl der Wasserrohre 12 einen einheitlichen Lamellenblockwärmetauscher 8.The individual fins 27 together with the large number of water pipes 12 form a uniform finned block heat exchanger 8th.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die einzelnen La-From Fig. 2 it can be seen that the individual La-

b5 mellen 27 auf der dem Brenner 2 zugewandten Seite 28 mit V-förmigen Einziehungen 29 versehen sind, die an. ihrem Grund 30 mit Abrundungsradien versehen sind. Diese Einziehungen 29 sind in den Lamellenbereich je-b5 strips 27 on the side 28 facing the burner 2 are provided with V-shaped indentations 29, which at. their base 30 are provided with rounding radii. These indentations 29 are in the lamellar area each

weils zwischen den Wasserrohren 12 vorgesehen, die hochkantrechteckigen Querschnitt aufweisen. Die rückseitigen Flächen 31 der Lamellen, die der Auslaßöffnung 9 zugewandt sind, sind eben und gerade. Aus der Fi g. 4 ist gut ersichtlich, daß die Lamellen etwa Rechteckform aufweisen, wobei die längere Seite des Rechtecks dem Wasserrohr zugewandt ist. Die Lamellen überragen die einzelnen Wassci rohre. Die Wassserrohre sind in den Lamellen gehalten, indem an der dem Brenner 2 zugewandten Seite vorhandene Lappen 32 an die Schmalseiten der Wasserrohre angelegt werden, auf der rückwärtigen Seite der Wasserrohre sind Sicken 33 vorhanden, gegen die sich beim Umlegen der Lappen 32 die Wasserrohre anlegen. Aus der Darstellung der Fig.4 in Verbindung mit der F i g. 2 ist ersichtlich, daß eine Viel- ! zahl von Lamellen 27 übereinander liegen, so daß ebenso die Einziehungen 29 übereinander liegen. In sämtliche dieser Einziehungen 29 sind aus keramischem Material beziehungsweise aus Stahl bestehende zylinderförmige Einsiitziiäbe 34 eingeiegi, die durch die Einziehung 29 seitlich stabilisiert werden. Die Halte ung erfolgt an der obersten beziehungsweise untersten Lamelle auf nicht dargestellte Weise. Die Form des V der Einziehung ist so gehalten, daß sich ein spitzer Winkel von etwa 15° ergibt, so daß sich eine Führung des Stabes gegen seitliche Umformungen bei thermischer Belastung ergibt. Der Durchmesser des Einsatzstabes, der auch ein Hohlkörper sein kann, ist so gehalten, daß der Einsatzstab im vorderen Drittel, gemessen von der von der Seite 28 ausgehenden Tiefe, der Einziehung zum jo Anliegen kommt.Weil provided between the water pipes 12, the have an upright rectangular cross-section. The rear surfaces 31 of the lamellae, which are the outlet opening 9 are flat and straight. From Fi g. 4th it can be clearly seen that the lamellae are roughly rectangular in shape, with the longer side of the rectangle being the Water pipe is facing. The lamellas protrude over the individual water pipes. The water pipes are in the Lamellas held by tabs 32 on the narrow sides on the side facing the burner 2 the water pipes are placed on the rear On the side of the water pipes there are beads 33 against which the water pipes are pressed when the flaps 32 are folded down invest. From the representation of Fig. 4 in Connection with the F i g. 2 it can be seen that a lot! number of slats 27 are one above the other, so that the indentations 29 are also one above the other. In all these recesses 29 are made of ceramic material or of steel, cylindrical Settlement would be 34 included by the confiscation 29 can be stabilized laterally. It is held at the top or bottom lamella in a manner not shown. The shape of the V of the indentation is kept in such a way that it forms an acute angle of about 15 ° results, so that a leadership of the rod against lateral deformation under thermal stress. The diameter of the insert rod that can also be a hollow body, is held so that the insert rod in the front third, measured from that of the depth going out on page 28, the recovery comes to the concern.

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß der Durchmesser des zylindrischen Einsatzstabes das 0.4fache bis 0.6fache des freier. Durchlaßquerschnittes zwischen zv.ei Rohren 12 beträgt. Weiterhin hat es J5 sich als am günstigsten herausgestellt, daß die Breite der Einziehung 29 auf der Höhe der Seite 28, bezogen auf die Länge der Einziehung, verhält wie 1 : 2. Somit wird am günstigsten das Verhältnis der Einlagerungstiefe des Einsatzstabes, bezogen auf die Durchlaßweite, kleiner 4« gehalten als das Verhältnis der maximalen Öffpungsweite der Einziehung an der dem Brenner zugewandten Seite 28 der Lamelle, bezogen auf die Gesamttiefe der Einziehung 29.It has been found to be particularly advantageous that the diameter of the cylindrical insert rod is 0.4 to 0.6 times the free one. Passage cross-section between two pipes is 12. It also has J5 proved to be the most favorable that the width of the indentation 29 at the height of the page 28, based on the length of the collection, behaves like 1: 2. This means that the most favorable ratio is the storage depth of the Insert rod, based on the passage width, less than 4 « held as the ratio of the maximum opening width the retraction on the side 28 of the lamella facing the burner, based on the total depth of the Confiscation 29.

Es hat sich nun weiter herausgestelii. daß nicht unbe- a > dingt der Einsatzstab zylinderförmig gewählt weiden muß. Es ist auch möglich, ihn elüpsenförmig zu wählen, wobei dann für den kleineren Durchmesser der Ellipse die eben geschilderten Verhältnisse zu wählen sind.It has now turned out further. that not un- a> dingt insert rod must graze cylindrical selected. It is also possible to choose it in the shape of an elupus, in which case the ratios just described are to be selected for the smaller diameter of the ellipse.

Die erfindungsgemäße Anordnung hai folgende Funktion:The arrangement according to the invention has the following function:

Durch die Einsatzstäbe 34 wird erreicht, daß der Abgasstrom zwischen den Wasserrohren 12 intensiv verwirbelt wird und so Gelegenheit hat. im Zuge des Vorbeistreichens an den Lamellen beziehungsweise den Außenwandungen der Wasserrohre den ihm innewohnenden Wärmeinhalt an die Lamellen oder Wasserrohre abzugeben. Wird der Einsatzstab zu klein gewählt, ist die Verwirbelungswirkung zu gering, befindet er sich bei gleicher Größe zu tief in der Einziehung 29. ist die t>o Wirbelzone zu weit aus dem Bereich der Lamellen beziehungsweise der Wasserrohre 12 gelegt. Ist andererseits der Querschnitt des Einsatzstabes zu groß, ist aufgrund der Querschnitiseinschnürung zwischen Einsatzstab und benachbartem Wasserrohr der Durchlaßwi- tr> derstand für die Abgase c-'jrch den Wärmetauscher zu groß. 1st der Einsat/.stiib zu weit vorn an der anströmseitigen Seite 28 des Wärmetauschers 8 angeordnet, so h;il das auch für die Wärmeübertragung auch vom Abgasstrom auf die Lamelle beziehungsweise auf die Außenwand (¹Cs Wasserrohres 12 nachteilige Auswirkungen. Somit gilt es. einen Mittelwert vom Querschnitt des Einsatzstabes zum Gesamtdurchlaßquersehnitt zwischen zwei Wasserrohren sowie bezüglich der Lagertiefe des Einsatzstabes in bezug auf die Lamellenbreite beziehungsweise auf die Wasserrohrbreitc anzustreben, dieser Mittelwert ist als Optimum bereits beschrieben.The insert rods 34 ensure that the exhaust gas flow between the water pipes 12 is intensely swirled and thus has an opportunity. in the course of brushing past the fins or the outer walls of the water pipes, to release the heat content inherent in it to the fins or water pipes. If the insert rod is chosen too small, the turbulence effect is too low, it is too deep in the indentation 29 for the same size. If, on the other hand, the cross section of the insert rod is too large, the passage resistance for the exhaust gases and the heat exchanger is too great due to the cross-sectional constriction between the insert rod and the adjacent water pipe. If the insert is arranged too far forward on the upstream side 28 of the heat exchanger 8, this also has ^{negative effects on the heat transfer from the exhaust gas flow to the lamella or on the outer wall (1} Cs water pipe 12). to strive for an average value from the cross section of the insert rod to the total passage cross section between two water pipes and with regard to the storage depth of the insert rod in relation to the lamella width or the water pipe width, this average value has already been described as the optimum.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (10)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle mit einem von ein aufzuheizendes Medium führenden Rohren durchzogenen Lamellenblock, wobei die Lamellen auf ihrer der Wärmequelle zugewandten Seite mit einer Ausnehmung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daßin die Ausnehmung (29) ein siubförmiger Körper (34) eingefügt ist.1. Heat exchanger for a fuel-heated heat source with one of a medium to be heated The pipes leading through the lamellar block, with the lamellas on top of the heat source facing side are provided with a recess, characterized in thatin the recess (29) is inserted into a tubular body (34). 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus keramischem Material beziehungsweise aus Stahl besteht2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that that the body is made of ceramic material or steel 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder Z dadurch gekennzeicl.net, daß der stabförmige Körper zylindrisch ausgebildet isL3. Heat exchanger according to claim 1 or Z, characterized gekennzeicl.net that the rod-shaped body cylindrically designed isL 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung V-förmig gestaltet ist, wobei die Schenkel des V unter einem spitzen Winkel zueinanderstehen.4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the recess is V-shaped is designed, wherein the legs of the V are at an acute angle to each other. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des V im Bereich zwischen 10 und 20° liegt.5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the angle of the V is in the range between 10 and 20 °. 6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des stabförmigen Körpers (34) so gewählt ist, daß dieser im ersten Drittel der Tiefe des V gelagert ist.5, characterized in that the diameter of the rod-shaped body (34) is chosen so that this is stored in the first third of the depth of the V. 7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche I bis7. Heat exchanger according to one of claims I to 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche des stabförmigen Einsatzkörpers (34) zum Durchlaßquerschnitt zwischen zwei benachbarten Wasserroh. en (12) verhält wie 0,4—0.6 : 1.6, characterized in that the cross-sectional area of the rod-shaped insert body (34) to the passage cross-section between two adjacent Water raw. en (12) behaves like 0.4-0.6: 1. 8. Wärmetauscher nach einer" der Ansprüche 1 bis8. Heat exchanger according to one "of claims 1 to 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die größte Öffnungsweite der V-förmigen Ausd -hnung (29) an der Anströmseite (28) der Lamelle (27) zur Tiefe der V-förmigen Ausnehmung verhält wie I : 2.7, characterized in that the largest opening width of the V-shaped Ausd -nung (29) on the The upstream side (28) of the lamella (27) to the depth of the V-shaped recess behaves as I: 2. 9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis9. Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Querschnitts des stabförmigen Körpers (34) zum Gesamtquerschnitt zwischen zwei benachbarten Wärmetauscherrohren kleiner gehalten ist als das Verhältnis der maximalen Öffnungsweite der V-förmigen Einziehung (29) zur Tiefe der V-förmigen Einziehung. 8, characterized in that the ratio of the cross section of the rod-shaped body (34) to Overall cross-section between two adjacent heat exchanger tubes is kept smaller than that Ratio of the maximum opening width of the V-shaped recess (29) to the depth of the V-shaped recess. 10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung des stabförmigen Einsatzkörpers (34) von der Zylinderform abweichend als Kreisabschnitt oder Ausschnitt sowie oval oder polygonförmig gewählt ist.10. Heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that the shape of the rod-shaped insert body (34) deviating from the cylindrical shape as a segment of a circle or cutout as well as being oval or polygonal.