DE4116692A1 - HEAT EXCHANGER INSERT FOR AIR HEATERS - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauschereinsatz für Luftheizgeräte für Kleinräume, insbesondere für fahr bare Räume, wie Caravans, Wohnmobile, Boote od. dgl., nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a heat exchanger insert for air heaters for small rooms, especially for driving bare spaces, such as caravans, mobile homes, boats or the like, according to the preamble of claim 1.
Bei einem Luftheizgerät dieser Art (DE-OS 24 32 850) ist eine rohrförmige Brennkammer von einem Wärmetauschereinsatz aus einem beidseitig gerippten Innenmantel umgeben. Zum Anschluß an einen Brennerraum ist dieser Einsatz am einen Ende offen, während er am anderen Ende eine auf den Innen mantel aufgesetzte Abdeckkappe aufweist zum Umlenken der im Flamm- oder Brennkammerrohr aufsteigenden Verbrennungsgase in einen zwischen Flammrohr und Einsatz-Innenmantel gebil deten Heizraum, in den die Verbrennungsgase nach unten und durch eine Abgasführung ins Freie strömen. Ein weiterer zwischen dem Innenmantel und einem Außenmantel gebildeter Ringraum dient zum Erwärmen von durchströmender Luft. Dieser bekannte Wärmetauschereinsatz ist einstückig mit seinen Innen- und Außenrippen von einem Gußstück aus einer geeigne ten Aluminiumlegierung gebildet. Auch der Außenmantel kann ein eigener Gußteil sein. Infolge der Herstellung dieses Wärmetauschereinsatzes durch Gießen oder Preßguß lassen sich die radial vom Innenmantel abstehenden und sich auf seine volle Länge erstreckenden Rippen nur flügelförmig mit ebenen Oberflächen ausformen. Zudem können die Rippen nur mit größeren Abständen voneinander angeordnet sein, so daß die durch die Rippen zu gewinnenden Wärmeübertragungsflächen eingeschränkt und für hochleistungsfähige Kleingeräte ver besserungsbedürftig sind. Für ein Wasser-Heizgerät (DE-PS 34 16 878) ist schon ein Wärmetauscher bekanntgewor den, der einen mit Innenrippen versehenen Innenmantel und einen durch Stege damit verbundenen Außenmantel aufweist, um so zwischen Innen- und Außenmantel einen Ringraum für das aufzuheizende Heizwasser zu bilden. Dabei ist der aus Außen- und Innenmantel bestehende Wärmetauscher einstückig als Strangpreßprofil ausgebildet. Dadurch wird eine einfachere und auf wenige Einzelteile beschränkte Bauweise erreicht. Andererseits kann mit einem in bekannter Weise gestalteten Innenmantel der zwischen diesem und dem Außenmantel be stehende Ringraum nur zum Erwärmen flüssiger Medien Verwen dung finden, um eine zu starke Aufheizung und Überhitzung des Strangpreßprofiles zu vermeiden.In an air heater of this type (DE-OS 24 32 850) a tubular combustion chamber from a heat exchanger insert surrounded by an inner jacket ribbed on both sides. To the This insert is connected to a burner chamber on one side End open while he is at the other end one on the inside coat attached cover cap to deflect the im Flame or combustion chamber tube ascending combustion gases in a between the flame tube and insert inner jacket Detected boiler room, in which the combustion gases down and Flow outside through an exhaust gas duct. Another formed between the inner jacket and an outer jacket Annulus serves to heat air flowing through. This known heat exchanger insert is in one piece with its Inner and outer ribs from a casting from a suitable aluminum alloy. The outer jacket can also be a separate casting. As a result of making this Heat exchanger use by casting or die casting can be the radially protruding from the inner jacket and on his full length ribs only wing-shaped with flat Shape surfaces. In addition, the ribs can only with larger distances from each other, so that the heat transfer surfaces to be obtained by the fins limited and ver for high-performance small devices are in need of improvement. For a water heater (DE-PS 34 16 878) a heat exchanger is already known the one that has an inner jacket with inner ribs and has an outer jacket connected to it by webs so between the inner and outer sheath an annulus for that to form heating water to be heated. The foreign and inner jacket existing heat exchanger in one piece as Extruded profile formed. This will make it easier and achieved a design limited to a few individual parts. On the other hand, can be designed in a known manner Inner jacket be between this and the outer jacket Use standing annular space only for heating liquid media find overheating and overheating to avoid the extruded profile.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen vor allem für Luftheizgeräte geeigneten Wärmetauschereinsatz zu schaffen, der aus einem einfachen Formteil besteht, das zudem mit vergrößerten Wärmeübertragungsflächen zur Erwär mung von Heizluft ausgestattet ist.The invention is therefore based on the object to all heat exchanger use suitable for air heaters create that consists of a simple molding that also with enlarged heat transfer surfaces for heating heating air is equipped.
Diese Aufgabe wird mit einem Luftheizgerät gemäß dem Ober begriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungsmerkmale dieses Patentanspruches gelöst.This task is done with an air heater according to the Ober Concept of claim 1 according to the invention by the Characteristic features of this claim solved.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in Unter ansprüchen beansprucht.Advantageous further developments of the invention are in Unter claims claimed.
Durch die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauscher einsatzes als Strangpreßteil ist es möglich, den Innenmantel mit besonders günstig gestalteten Innen- und Außenrippen zu versehen, die besonders große Oberflächen aufweisen und sich auch in dichter Anordnung am Innenmantel unterbringen lassen, ohne daß dadurch eine Formung durch Strangpressen erschwert wird. Eine Verdichtung der Innenrippen läßt sich dadurch erreichen, daß sich breite und schmale Rippen auf den Umfang verteilt abwechseln, wodurch eine weitgehende Auffächerung des Verbrennungsgasstromes in diesem Heizraum ermöglicht wird, ohne aber an den freien Innenkanten der Rippen eine zu starke Verengung der Durchströmräume zu schaffen. Um die Materialspannungen und die Wärmedurchflußwege zu verkürzen, sind die Innen- und Außenrippen am Innenmantel gegenüber liegend an gleicher Stelle angesetzt. An den Außenkanten der Außenrippen kann ein mindestens einseitig abstehender Quersteg vor handen sein, wodurch auch die nach außen wirkende Abstrahl fläche vergrößert wird. Zusätzliche Querfortsätze an den Außenrippen haben sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, da sie nicht nur die Wärmeübertragungsflächen vergrößern, sondern noch in die zwischen den Rippen geführten Luft ströme hineinragen. Die Oberflächen der Rippen lassen sich an Strangpreßprofilen noch durch vielfältige Gestaltungs möglichkeiten erweitern. Als besonders günstig haben sich wellen- oder zackenförmige Oberflächen-Längsprofilierungen erwiesen. Die Rippen können sowohl durchgehend gleiche oder auch zu den freien Kanten hin sich verjüngende Querschnitte aufweisen. Eine weitere Vergrößerung der Übertragungsflächen an den Innen- und Außenrippen könnte schließlich noch durch schlangenförmige Querschnitte erzielt werden.By producing the heat exchanger according to the invention use as an extrusion, it is possible to use the inner jacket with particularly inexpensive inner and outer ribs provided that have particularly large surfaces and themselves can also be accommodated in a tight arrangement on the inner jacket, without making molding by extrusion difficult becomes. This enables the inner ribs to be compressed achieve wide and narrow ribs on the circumference spread alternately, which results in a wide spread of the combustion gas flow in this boiler room becomes, but without one on the free inner edges of the ribs to create a strong narrowing of the flow spaces. To the Shorten material stresses and heat flow paths, the inner and outer ribs on the inner jacket are opposite applied horizontally in the same place. On the outer edges of the External ribs can be provided by a crosspiece protruding at least on one side be present, which also causes the outward-looking radiation area is enlarged. Additional transverse processes on the Outer ribs have also proven to be advantageous because they not only increase the heat transfer area, but still in the air led between the ribs currents protrude into it. The surfaces of the ribs can be on extruded profiles through diverse design expand possibilities. Have proven to be particularly cheap wavy or jagged surface longitudinal profiles proven. The ribs can be the same all the time or cross-sections tapering towards the free edges exhibit. Another enlargement of the transfer areas on the inner and outer ribs could finally go through serpentine cross sections can be achieved.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen, die auch in der Zeichnung schematisiert dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigen:The invention is explained below with reference to exemplary embodiments play, which is also shown schematically in the drawing are described in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Luftheizgerät, Fig. 1 is an axial section through an air heater,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher einsatz gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of a heat exchanger for use in accordance with Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine vergrößerte Innenrippe, Fig. 3 is a plan view of an enlarged internal rib,
Fig. 4 einen Detailausschnitt mit geänderten Rippen, Fig. 4 shows a detail with modified ribs,
Fig. 5 Rippen mit gewellter Oberfläche, vergrößert, und Fig. 5 ribs with a corrugated surface, enlarged, and
Fig. 6 schlangenförmige Rippen. Fig. 6 serpentine ribs.
Zwischen einem Flamm- bzw. Brennrohr 1 und einem Außen mantel 3 aus geeignetem Material ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauschereinsatz 2 eingesetzt (Fig. 1). Dieser Einsatz (Fig. 2) besteht aus einem Innenmantel 4 mit Innenrippen 8 und Außenrippen 10. Der Innenmantel 4 begrenzt zusammen mit dem Flammrohr 1 einen von den aus der Brennkammer 5 umge lenkten Verbrennungsgasen durchströmten Heizraum 6, während Innen- und Außenmantel 4, 3 einen Ringraum 7 zum Erwärmen eines Luftstromes bilden. Die Innen- und Außenrippen sind gegenüberliegend am Innenmantel angesetzt, ihre radialen Breiten stimmen annähernd überein und sie erstrecken sich auf die ganze Länge des Innenmantels. Um möglichst viele Innenrippen unterzubringen, können sie abwechselnd in breite Innenrippen 8 und schmale Innenrippen 9 aufgeteilt sein (Fig. 4). Andererseits können die schmalen Innenrippen 9 auch durch kurze Rippenansätze 9′ ersetzt sein (Fig. 2). Diese dichte Rippenanordnung ermöglicht eine weitgehende Auffächerung des Verbrennungsgasstromes, ohne aber an den Innenkanten 11 am Flammrohr eine zu starke Kanalverengung zu schaffen. Das Flammrohr 1 kann direkt an diesen Innen kanten anliegen, so daß die Wärme vom Flammrohr direkt auf den Wärmetauschereinsatz übertragen wird. Das Flammrohr erstreckt sich im Innern des Wärmetauschereinsatzes 2 nach oben, wo es mit seiner oberen Austrittsöffnung kurz vor einer den Wärmetauschereinsatz bzw. dessen Innenmantel kappenförmig abdeckenden Deckenfläche 14, die zweckmäßig aufgeschweißt ist, endet. Durch diese Deckenkappe werden die im Flammrohr aufsteigenden Verbrennungsgase in den Heiz raum 6 umgelenkt, aus dem die Verbrennungsgase auf der Brennerseite des Einsatzes wiederum über einen Abgas anschluß 22 über einen Kamin od. dgl. ins Freie abgeführt werden. Im Ringraum 7 strömt die zu erwärmende Luft im Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen im Heizraum. Dazu tritt die zu erwärmende Luft brennerseitig, oft auch durch ein Gebläse (nicht gezeichnet) beaufschlagt, in den Ringraum ein und am anderen Ende entweder direkt oder über ein Luft heizsystem in den zu erwärmenden Raum aus. Die im Ring raum 7 ebenfalls gleichmäßig auf den Umfang verteilten Außenrippen 10 tragen an ihren Außenkanten 12 Querstege 13, die sich zumindest einseitig von den Rippen erstrecken. Zweckmäßig sind noch weitere Querfortsätze 15 an den Außen rippen ausgebildet. Auch an den Innenrippen könnten Quer stege und Querfortsätze angeformt sein. Wie Fig. 1 zeigt, enden die Außenrippen mit ihren Querstegen 13 in einem Abstand vom Außenmantel 3, so daß zwischen dem meist aus einem Stahl- oder Aluminiumblech bestehenden Außenmantel und den Außenrippen keine direkte Wärmeübertragung mit folg licher Überhitzung des Außenmantels stattfindet. Anderer seits bilden die Querstege 13 zusätzliche Abstrahlflächen, so daß auch zwischen den Querstegen und dem Außenmantel noch zusätzliche wirksame Aufheizräume entstehen. Die Außenrippen tragen ebenfalls zu einer starken Auffächerung des Luftstromes bei und bewirken seine rasche und intensive Erwärmung, insbesondere durch die in die Luftströme hinein ragenden Querstege 13 und Querfortsätze 15. Durch das Strangpreßverfahren ist es weiterhin möglich, die Ober flächen der Rippen, insbesondere der Innenrippen, mit gewellten oder gezackten Oberflächen auszubilden. Gewellte Innenrippen 16 sind beispielsweise in Fig. 5 vergrößert dargestellt, wobei zusätzlich diese Rippen eine Ver jüngung 17 zu ihren freien Enden hin zeigen, um eine An passung an die auftretenden Materialspannungen zu schaffen. In Fig. 3 ist hingegen eine Innenrippe 8 mit gezackten Oberflächen vergrößert dargestellt. Wie Fig. 6 noch zeigt, können die Rippen auch im Querschnitt Schlangenform 20 aufweisen, was sich insbesondere an den Innenrippen auch in Verbindung mit gewellten oder gezackten Oberflächen gut verwirklichen läßt. In einigen der Außenrippen können noch Schraubkanäle 21 eingeformt sein, in die am Befestigungsende des Wärmetauschereinsatzes Schraubgewinde eingeschnitten werden können, um diesen auf einer Basisplatte zu befestigen.Between a flame or fuel tube 1 and an outer jacket 3 made of a suitable material, an inventive heat exchanger insert 2 is used ( Fig. 1). This insert ( FIG. 2) consists of an inner jacket 4 with inner ribs 8 and outer ribs 10 . The inner jacket 4 , together with the flame tube 1, delimits a heating chamber 6 through which the combustion gases are deflected from the combustion chamber 5 , while the inner and outer jackets 4 , 3 form an annular chamber 7 for heating an air stream. The inner and outer ribs are positioned opposite one another on the inner jacket, their radial widths are approximately the same and they extend over the entire length of the inner jacket. In order to accommodate as many inner ribs as possible, they can be divided alternately into wide inner ribs 8 and narrow inner ribs 9 ( FIG. 4). On the other hand, the narrow inner ribs 9 'can also be replaced by a short rib-shaped projections 9 (FIG. 2). This dense rib arrangement enables the combustion gas flow to be largely fanned out, but without creating a channel narrowing that is too strong on the inner edges 11 of the flame tube. The flame tube 1 can lie directly against these inner edges, so that the heat from the flame tube is transferred directly to the heat exchanger insert. The flame tube extends upwards in the interior of the heat exchanger insert 2 , where it ends with its upper outlet opening shortly before a ceiling surface 14 which covers the heat exchanger insert or its inner jacket and which is expediently welded on. Through this ceiling cap, the combustion gases rising in the flame tube are deflected into the heating space 6 , from which the combustion gases on the burner side of the insert in turn are discharged via an exhaust gas connection 22 via a fireplace or the like. In the annular space 7 , the air to be heated flows in counterflow to the combustion gases in the heating space. For this purpose, the air to be heated enters the annular space on the burner side, often also acted upon by a blower (not shown), and at the other end either directly or via an air heating system into the space to be heated. The in the ring space 7 also equally distributed on the circumference outer ribs 10 carry on their outer edges 12 cross webs 13 which extend at least on one side from the ribs. Expediently, further transverse extensions 15 are formed on the outer ribs. Cross webs and transverse processes could also be formed on the inner ribs. As shown in Fig. 1, the outer ribs end with their crosspieces 13 at a distance from the outer jacket 3 , so that no direct heat transfer takes place with consequent overheating of the outer jacket between the outer jacket, which usually consists of a steel or aluminum sheet, and the outer ribs. On the other hand, the transverse webs 13 form additional radiation surfaces, so that additional effective heating-up spaces also arise between the transverse webs and the outer jacket. The outer ribs also contribute to a strong fanning out of the air flow and bring about its rapid and intensive heating, in particular through the transverse webs 13 and transverse extensions 15 projecting into the air flows. Through the extrusion process, it is also possible to form the upper surfaces of the ribs, in particular the inner ribs, with corrugated or serrated surfaces. Corrugated inner ribs 16 are shown enlarged in FIG. 5, for example, these ribs additionally showing a taper 17 towards their free ends in order to adapt to the material stresses that occur. In Fig. 3, however, is an internal rib 8 with serrated surfaces enlarged. As FIG. 6 also shows, the ribs can also have a serpentine shape 20 in cross section, which can be achieved particularly well on the inner ribs in conjunction with corrugated or serrated surfaces. In some of the outer ribs still screw channels 21 can be molded, screw thread can be cut into the mounting end of the heat exchanger insert to attach it to a base plate.
Der erfindungsgemäße Wärmetauschereinsatz ist in seiner Ausbildung nicht auf die gezeichneten Ausführungsformen beschränkt. So können die Querstege an den Außenrippen sich noch mehr als dargestellt einander nähern und schließlich auch einen geschlossenen Stegmantel bilden, der den Ringraum nach außen abschließt und so den zusätzlichen Außenmantel 3 ersetzt. Dieser Stegmantel könnte auch von einem Wasser- Ringbehälter (nicht gezeichnet) umgeben sein.The design of the heat exchanger insert according to the invention is not limited to the illustrated embodiments. Thus, the transverse webs on the outer ribs can approach each other even more than shown and finally also form a closed web jacket, which closes off the annular space from the outside and thus replaces the additional outer jacket 3 . This web jacket could also be surrounded by a water ring container (not shown).
Der erfindungsgemäße Wärmetauschereinsatz als Strangpreß profil läßt sich besonders vorteilhaft mit einem Basis block 25 verbinden, der zwei konzentrisch angeordnete Ring kanäle, einen Abgaskanal 26 und einen äußeren Zuluftkanal 27 bildet. Der Zuluftkanal ist an einer Stelle von einem radial abstehenden Abgasanschluß 22 durchsetzt, der von einem Mantelrohr 28 zur Bildung einer Vorwärmluftführung 29 um den Abgasanschluß umgeben ist. Der Basisblock bildet mit seiner Mittel-Ringwand 30 einen Aufsetzsockel 31 für den Innenmantel 4 des Wärmetauschereinsatzes unter Zwischenlage eines Abdichtringes 32. Auf ein den Basisblock nach innen abschließendes Zentralrohrstück 33 kann das Flammrohr 1 aufgesteckt sein, während ein Brennerrohr 35 mit seinen Gas- und Luft-Zuführungen in dieses Zentralrohrstück eingesetzt ist. Die Abgas- und Zuluftkanäle 26, 27 sind dem Heizraum 6 und dem Ringraum 7 so angepaßt, daß abgedichtete Strömungs räume entstehen. Am anderen, meist oberen Ende des Wärme tauschereinsatzes kann die im Ringraum 7 erwärmte Luft entweder direkt in den Raum austreten oder zu einem Anschluß 36 für ein Luftheizsystem zusammengeführt sein.The heat exchanger insert according to the invention as an extrusion profile can be connected particularly advantageously with a base block 25 which forms two concentrically arranged ring channels, an exhaust gas channel 26 and an outer supply air channel 27 . The supply air duct is penetrated at one point by a radially projecting exhaust gas connection 22 , which is surrounded by a casing tube 28 to form a preheating air duct 29 around the exhaust gas connection. With its central ring wall 30, the base block forms a mounting base 31 for the inner jacket 4 of the heat exchanger insert with the interposition of a sealing ring 32 . The flame tube 1 can be plugged onto a central tube piece 33 which closes the base block inwards, while a burner tube 35 with its gas and air feeds is inserted into this central tube piece. The exhaust and supply air channels 26 , 27 are adapted to the heating chamber 6 and the annular space 7 so that sealed flow spaces arise. At the other, usually upper end of the heat exchanger insert, the air heated in the annular space 7 can either exit directly into the space or be brought together to form a connection 36 for an air heating system.
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