Experimental investigation of a combi boiler heat exchanger

Abstract

The combi boilers are divided into two types, condensing and conventional, in terms of waste gas heat recovery. In conventional types, the condensation occurrence is undesirable, and over time it causes corrosion in the main heat exchangers, which decrease the efficiency and the lifetime. Although life tests are performed to check if the condensation has occurred or not over time, these tests take a long time and require the high cost. In this thesis, it is aimed to find a heat transfer correlation and use the calculation method instead of life tests. Two different topics were investigated on three appliances with different design parameters in order to find out in which conditions the condensation on the heat exchangers has occurred. As the first topic, influences of the fresh air amount in combustion equations, on condensation was tested in conventional appliances of Type B and C. As the second subject, the effects of the exchanger design parameters on the condensation were tested by using copper finned and stainless steel finned heat exchangers. For this study, mapping tests were carried out in the laboratories of Bosch Thermotechnology in Manisa and the measurement results of CO2 percentages and temperature distributions of the combustion over the exchanger were used. Using mapping test data, different condensation temperatures were calculated for three appliances depending on the fresh air amount and exchanger design parameters. These variables are able to be used in the heat transfer correlation to make improvements on the condensation point without making life tests.

Kombiler atık gaz ısısı geri kazanımı açısından yoğuşmalı ve konvansiyonel olmak üzere ikiye ayrılır. Konvansiyonel tip kombi cihazlarında yoğuşma istenmeyen bir durumdur ve zaman içinde bu yoğuşma oluşumu, cihazların ana ısı değiştirgecinde korozyona sebep olarak cihazın veriminin düşmesine ve cihazın ömrünün azalmasına sebep olur. Ömür testleri yapılarak zaman içerisinde korozyon oluşumu olup olmadığı kontrol edilmesine rağmen bu testler uzun zaman almakta ve yüksek maliyet gerektirmektedir. Bu tezde bir ısı transfer korelasyonu bulunarak ömür testleri yerine hesaplama yönteminin kullanılması amaçlanmıştır. Isı değiştirgecinde yoğuşmanın hangi şartlarda meydana geldiğini anlamak için farklı tasarım parametrelerine sahip üç cihaz üzerinde iki farklı konu araştırılmıştır. İlk konu olarak, yanma denklemlerindeki taze hava miktarının yoğuşma üzerindeki etkileri, B ve C tipi geleneksel cihazlarda test edilmiştir. İkinci konu olarak, eşanjör tasarım parametrelerinin yoğuşma üzerindeki etkileri, bakır finli ve paslanmaz çelik finli ısı değiştirgeçleri kullanılarak test edilmiştir. Bu çalışma için Manisa'daki Bosch Termoteknik laboratuvarlarında haritalama testleri gerçekleştirilmiş ve ısı değiştirgeci üzerindeki, yanma sonucu oluşan CO2 yüzdeleri ve sıcaklık dağılımlarının ölçüm sonuçları kullanılmıştır. Haritalama test verileri kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda hava miktarı ve tasarım parametrelerine bağlı olarak farklı yoğuşma sıcaklıkları bulunmuştur. Bu değişkenler bulunan korelasyon içinde kullanılarak test yapmaksızın yoğuşma noktası üzerinde iyileştirmeler yapmaya olanak sağlar.