AT392840B

AT392840B - HEAT EXCHANGER, ESPECIALLY A WATER HEATER

Info

Publication number: AT392840B
Application number: AT69989A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1991-06-25
Also published as: ATA69989A; DE9003746U1

Description

AT 392 840 BAT 392 840 B

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere eines brenneibeheizten Wasserheizers, mit einander benachbart angeordneten, vorzugsweise zueinander parallelen, von einem der wärmetauschenden Medien, z. B. Wasser, durchströmten Rohren, insbesondere Rippemohren, deren Abstände voneinander von dem anderen wärmetauschenden Medium, z. B. dem Abgas eines Brenners, durchströmt weiden. 5 Üblicherweise werden die Rohre solcher Wärmetauscher mit einem kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt profiliert.The invention relates to a heat exchanger, in particular a fire-heated water heater, with adjacent, preferably parallel, of one of the heat-exchanging media, for. As water, flowed through pipes, in particular finned tubes, the distances from each other from the other heat-exchanging medium, for. B. the exhaust gas of a burner, flows through. 5 The tubes of such heat exchangers are usually profiled with a circular or elliptical cross section.

Die Formgebung und die Anordnung derartiger Rohre ist beispielsweise in der DE-OS 25 09 715 beschrieben.The shape and arrangement of such tubes is described for example in DE-OS 25 09 715.

Bekannt sind auch Querschnitte, die parallel verlaufende gerade Flanken und halbkreisförmig profilierte Stirnseiten aufweisen. 10 Weiterhin ist aus der FR-OS 2 156 509 eine Rohrausformung bekanntgeworden, bei der ein rationelles Fließen der Luft entlang der beheizten Rohroberflächen unter Vermeidung von Turbulenzen erreicht werden soll. Dabei verringert sich der Rohrquerschnitt in der Strömungsrichtung birnenartig. Der Strömungsquerschnitt der umströmenden Luft vergrößert sich also, so daß die Strömungsgeschwindigkeit und damit der Wärmeübergangskoeffizient sinken. 15 Die Wärmetauschfähigkeit solcher Rohre wird bekanntlich von der jeweiligen Differenz zwischen den Temperaturen der wärmetauschenden Medien, von der Größe der vorhandenen Wärmetauschfläche und vom Wärmeübergangskoeffizienten bestimmt. Der Wärmeleitungswiderstand in der Rohrwandung ist von untergeordneter Bedeutung.Also known are cross sections which have parallel straight flanks and semicircular profiled faces. 10 Furthermore, from FR-OS 2 156 509 a pipe shape has become known in which an efficient flow of air is to be achieved along the heated pipe surfaces while avoiding turbulence. The pipe cross-section in the flow direction decreases like a pear. The flow cross-section of the air flowing around increases, so that the flow velocity and thus the heat transfer coefficient decrease. 15 The heat exchangeability of such pipes is known to be determined by the respective difference between the temperatures of the heat-exchanging media, by the size of the heat exchange surface and by the heat transfer coefficient. The heat conduction resistance in the pipe wall is of minor importance.

Hingegen ist das Rohrprofil für die Größe des Wärmeübergangskoeffizienten von entscheidender Wichtigkeit. 20 Bei den üblichen Wärmetauscher-Rohren bleibt der Strömungsquerschnitt in den Abständen zwischen den Rohren weitgehend konstant und vergrößert sich, z. B. bei kreisförmigem Rohiprofü, stromab. Dies bedingt ein Abfallen der Strömungsgeschwindigkeit und des Wärmeübergangskoeffizienten.In contrast, the tube profile is of crucial importance for the size of the heat transfer coefficient. 20 In the usual heat exchanger tubes, the flow cross section remains largely constant in the distances between the tubes and increases, for. B. with circular Rohiprofü, downstream. This causes the flow rate and the heat transfer coefficient to drop.

Zur Verbesserung des Wärmetausches ist jedoch eine möglichst gleichmäßige Wärmebeaufschlagung der Rohrwandung anzustreben. Bei mit atmosphärischen Brennern betriebenen Geräten ist zudem der gasseitige 25 Druckverlust des Wärmetauschers von entscheidender Bedeutung, u. zw. in bezug auf den Bauaufwand für eine jeweils erforderliche Auftriebshöhe des Schachtes.In order to improve the heat exchange, however, the most uniform possible application of heat to the pipe wall is desirable. In devices operated with atmospheric burners, the gas-side pressure loss of the heat exchanger is also of crucial importance. in relation to the construction effort for a required lift height of the shaft.

Das Optimum von Wärmebeaufschlagung und Druckverlust wird bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums entlang der Rohrwandung erreichtThe optimum of heat and pressure loss is achieved with a constant flow velocity of the medium along the pipe wall

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Medium mit hoher Temperatur bei konstantem 30 Strömungsdurchsatz wegen seiner geringeren Dichte einen größeren Strömungsquerschnitt benötigt als im teilweise abgekühlten Zustand. Demnach benötigt ein solches Medium bei einem Eintritt in den Wärmetauscher einen größeren Strömungsquerschnitt als bei seinem Austritt aus dem Wärmetauscher.The invention is based on the knowledge that a medium with a high temperature at a constant flow rate requires a larger flow cross section than in the partially cooled state because of its lower density. Accordingly, such a medium requires a larger flow cross-section when it enters the heat exchanger than when it exits the heat exchanger.

Um nun die Strömungsgeschwindigkeit durch eine zielstrebige Profilierung der Wärmetauscher-Rohre konstant zu halten, sieht die Erfindung, auf dieser Erkenntnis basierend, ihrem wesentlichsten Merkmal zufolge 35 vor, daß bei einem Wärmetauscher der eingangs bezeichneten Gattung die zur Strömungsrichtung des die Abstände zwischen den Rohren durchströmenden Mediums senkrecht verlaufende, das Rohrprofil an seiner breitesten Stelle durchquerende Achse der Rohrwandung der der Strömungsrichtung abgekehrten Stirnseite des Rohrpiofiles näher liegt als der der Strömung zugewandten Stirnseite.In order to keep the flow velocity constant through a purposeful profiling of the heat exchanger tubes, the invention, based on this finding, provides, according to its most important feature, 35 that in a heat exchanger of the type described at the outset, the flow direction through which the distances between the tubes flow The medium-perpendicular axis of the tube wall, crossing the tube profile at its widest point, is closer to the end face of the tube piofile facing away from the flow direction than the end face facing the flow.

Dies hat zur Folge, daß sich die Rohrwandung von der breitesten Stelle des Rohrpiofiles ausgehend gegen die 40 Strömungsrichtung schwächer veijüngt als in der Strömungsrichtung.The consequence of this is that the tube wall tapers from the widest point of the tube piofile against the direction of flow to a lesser extent than in the direction of flow.

Dank dieser schwächeren Verjüngung der Wärmetauscher-Rohre, wird deren Wärmetauschfähigkeit erheblich verbessert, weil dem zuströmenden, sich abkühlenden Medium ein vergleichsweise langer Flankenbereich der Rohre zur Verfügung steht, innerhalb dessen die Strömungsgeschwindigkeit trotz zunehmender Dichte des Mediums konstant erhalten bleibt. 45 Die Rohrwandung kann in bezug zu ihrer in der Strömungsrichtung verlaufenden Achse symmetrisch gestaltet werden.Thanks to this weaker tapering of the heat exchanger tubes, their heat exchangeability is significantly improved, because the inflowing, cooling medium has a comparatively long flank area of the tubes available within which the flow velocity remains constant despite the increasing density of the medium. 45 The tube wall can be designed symmetrically with respect to its axis running in the direction of flow.

So kann diese Rohrwandung besonders günstig im wesentlichen in der Form eines Dreieckes mit abgerundeten Ecken profiliert sein, dessen Spitze gegen die Strömungsrichtung des umströmenden Mediums weist, man kann diese Rohrwandung aber im Sinne der Erfindung auch eiförmig mit einem gegen die 50 Strömungsrichtung weisenden schlankeren Ende profilieren, um den angestrebten Effekt zu »zielen.Thus, this tube wall can be profiled particularly advantageously essentially in the form of a triangle with rounded corners, the tip of which points against the direction of flow of the flowing medium, but in the sense of the invention, this tube wall can also be profiled in an egg shape with a slimmer end pointing towards the direction of flow to target the desired effect.

Um diesen Effekt in einem optimalen Ausmaß herbeizuführen, sollte die Rohrwandung eine Querschnittskontur aufweisen, die bei variierender Dichte bzw. Temperatur des umströmenden Mediums eine konstante Strömungsgeschwindigkeit ergibt.In order to achieve this effect to an optimal extent, the tube wall should have a cross-sectional contour that results in a constant flow velocity with varying density or temperature of the medium flowing around.

Zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Rohrprofile sind in den Zeichnungsfiguren 1 und 2 in 55 Querschnitten veranschaulichtTwo exemplary embodiments of tube profiles according to the invention are illustrated in the drawing figures 1 and 2 in 55 cross sections

In diesen Zeichnungen ist die Strömungsrichtung eines im Wärmetauscher abzukühlenden Mediums, z. B. des Abgases eines Brenners, mit (1) bezeichnet, die Wandung des das andere wärmetauschende Medium (2), z. B. ein zu erhitzendes Wasser, führenden Rohres mit (3).In these drawings, the flow direction of a medium to be cooled in the heat exchanger, e.g. B. the exhaust gas of a burner, designated (1), the wall of the other heat-exchanging medium (2), for. B. a water to be heated, leading pipe with (3).

Die Rohrwandung (3) ist symmetrisch in bezug zu der in der Strömungsrichtung (1) verlaufenden Achse (4) 60 des Rohrprofiles. Die zur Strömungsrichtung (1) senkrecht verlaufende, das Rohrprofil an seiner breitesten Stelle durchquerende Achse ist mit (5) bezeichnet Fig. 1 zeigt eine Rohrwandung (3), die im wesentlichen in der Form eines Dreieckes mit abgerundeten Ecken (6) profiliert ist, dessen Spitze gegen die Strömungsrichtung (1) -2-The tube wall (3) is symmetrical with respect to the axis (4) 60 of the tube profile running in the flow direction (1). The axis running perpendicular to the direction of flow (1) and crossing the tube profile at its widest point is designated by (5). FIG. 1 shows a tube wall (3) which is profiled essentially in the shape of a triangle with rounded corners (6), its tip against the direction of flow (1) -2-

Claims

AT 392 840 B of the medium flowing through. As a result, the pipe cross-section tapers abruptly to zero downstream of the widest point and the axis (5). Fig.

2, on the other hand, shows an egg-shaped profiled tube wall (3) with a slimmer end pointing towards the flow direction (1). As the two embodiments show, both the triangular profile according to FIG. 1 and the egg-shaped profile according to FIG. 2 fulfill the condition according to which the axis of the tube wall (3) crossing the widest point of the tube wall (3) faces away from the direction of flow (1) Here lies as the end face facing the flow direction. An optimal design of such profiles and their dimensions can be calculated from case to case - matched to the respective local conditions - from the condition that such profiles should have a contour which, with a varying density or temperature of the flowing medium, a constant flow rate of the The flanks of the medium flowing over the tube wall result in PATENT CLAIMS 1. Heat exchanger, preferably a burner-heated water heater, with one another, preferably parallel, from one of the heat-exchanging media, e.g. B. water, flowed tubes, especially finned tubes, the distances from each other from the other heat-exchanging medium, for. B. the exhaust gas of a burner, characterized in that the direction of flow (1) of the medium flowing through the distances perpendicular, the tube profile at its widest point crossing axis (5) of the tube wall (3) of the flow direction (1) facing end of the tubular profile is closer than the end facing the flow. 2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tube wall (3) tapers from the widest point of the tube profile against the flow direction (1) weaker than in the flow direction (Fig. 1,2).

3. Heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that the tube wall (3) with respect to its in the flow direction (1) extending axis (4) is designed symmetrically (Fig. 1,2).

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the tube wall (3) essentially »! is profiled in the shape of a triangle with rounded corners (6), the tip of which points against the direction of flow (1) of the medium flowing around (FIG. 1).

5. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the tube wall (3) egg-shaped with a against the flow direction (1) pointing slimmer »! The end is profiled (Fig. 2). For this 1 sheet drawing -3-