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PATENTANSPRÜCHE
1. Wärmeaustauschanlage mit einem Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein äusseres (20), ein mittleres (22) und ein inneres (24) Rohrelementjeweils ineinander eingesetzt sind, und sich in Kontakt untereinander befinden, dass das äussere und mittlere Element an ihrer Innenwand Ausnehmungen besitzen, die sich im wesentlichen in Längsrichtung erstrecken und dort erste (104) und zweite (82) Strömungskanäle bilden, dass die Bohrung des inneren Elementes (24) einen dritten Strömungskanal bildet, dass die Endabschnitte des äusseren Rohrelementes einen erweiterten Durchmesser bezüglich des Abschnittes des äusseren Elementes, der sich zwischen den erweiterten Endabschnitten befindet, besitzen,
dass erste Endwände an jedem Ende des mittleren Rohrelementes befestigt sind und sich von ihm in Querrichtung nach aussen in eine abdichtende Verbindung mit der Innenfläche der Abschnitte des äusseren Rohrelementes erstrecken, die einen erweiterten Durchmesser besitzen, dass zweite Endwände in Längsrichtung mit Abstand ausserhalb der ersten Wände angeordnet sind, dass die zweiten Wände an der Aussenfläche des inneren Rohrelementes befestigt sind und von diesem in Querrichtung sich nach aussen zu einer abdichtenden Verbindung mit der Innenfläche der Abschnitte des äusseren Rohrelementes erstrecken, die einen erweiterten Durchmesser besitzen, dass die Endwände die ersten und zweiten Längsdurchlässe so abschliessen, dass die Fluiddurchlässe voneinander und vom dritten Strömungskanal isoliert sind,
dass Wärmeleiteinrichtungen an jedem der Rohrelemente vorhanden und mit diesen einstückig ausgebildet sind, die aus Rippen (100, 106, 112) bestehen, die sich im wesentlichen in Längsrichtung erstrecken und radial nach innen vorspringen, dass die Rippen (100) des äusseren Elementes (20) mit der Aussenwand des mittleren Elementes (22) in Kontakt stehen, dass die Rippen des mittleren Elementes (22) mit der Aussenwand des inneren Elementes (24) in Kontakt stehen, so dass zwischen den Elementen eine Metall/Metall-Wärmeaustauschverbindung besteht, dass jede Rippe der Elemente von den benachbarten Rippen in einem Abstand angeordnet ist, so dass im äusseren und im mittleren Element in Längsrichtung Strömungskanäle gebildet werden, dass Einlass- und Auslassöffnungen sich in die Strömungskanäle in den Elementen öffnen, um den Umlauf des Fluids durch diese zu gestatten,
dass Nachweiseinrichtungen (76) mit dem Fluid in den zweiten Durchlässen in Verbindung stehen, um einen Zustand im mittleren Fluid abzutasten und zu erfassen, der ein Leck in einem der Rohrelemente anzeigt, und dass eine Einrichtung (16, 68) vorgesehen ist, um das Fluid durch die Strömungskanäle des äusseren Elementes und durch das innere Element in Umlauf zu bringen und zu halten, wodurch Wärme zwischen den Fluiden ausgetauscht wird.
2. Wärmeaustauschanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrelemente zueinander konzentrisch sind.
Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschanlage mit einem Wärmeaustauscher.
Aus dem Stand der Technik ist eine Reihe von Rohr-in
Rohr-Wärmeaustauschanlagen bekannt; sie sind z.B. in der US-PS 2 316 273, der US-PS 2847 193 und der GB-PS 1145
513 beschrieben. In den Anlagen der ersten beiden Patent schriften sind keine Lecknachweiseinrichtungen enthalten, wohl aber im System der britischen Patentschrift. Es ist auch bekannt, Lecknachweiseinrichtungen in Wärmeaustauschanlagen mit ummantelten Rohren einzubauen, z.B. aus der US PS 3 830 290 und der GB-PS 804592. Gemäss der Erfindung wird eine Wärmeaustauschanlage vorgeschlagen mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bei keinem der bekannten Wärmeaustauschanlagen sind jedoch Rippen vorgesehen, die radial nach innen vorspringen und aufjedem der koaxialen Rohrelemente befinden und deren Wärmeaustauscheinrichtungen darstellen, wie es der Fall bei der vorliegenden Erfindung ist. Ihr Wirkungsgrad ist dementsprechend geringer, und der MetalliMetall-Wärmeüber- tragungsweg gemäss der Erfindung stellt eine neuartige Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar.
An jedem Längsende des Wärmeaustauscher befindet sich zweckmässig eine Sammel- bzw. Verzweigungsleitung, so dass Fluid durch die Durchlässe im äusseren Rohrelement vorzugsweise in Gegenstromrichtung zum Fluid in Umlauf gebracht werden kann, welches durch das innere Röhrenelement fliesst, so dass Wärme zwischen ihnen ausgetauscht wird.
Im mittleren Röhrenelement befindet sich ein Fluid, und es sind Einrichtungen vorgesehen, so dass ein Lecken von
Fluid aus dem äusseren oder aus dem inneren Rohrelement festgestellt werden kann: Die radial nach innen vorspringen den Rippen des äusseren Elementes befinden sich in Metall/ Metall-Kontakt mit der Aussenfläche des mittleren Elementes, dessen Rippen sich wiederum in gutem thermischen Kontakt mit dem inneren Element befinden, so dass zwischen ihnen ein effektiver Metall/Metall-Wärmefliessweg vorliegt.
Ausserdem fördern die sich radial nach innen in die Strömung erstreckenden Rippen des inneren Rohres die Wirksamkeit der Wärmeübertragung, indem die Oberfläche des Rohrs ver grössert wird, welche von dem durch dieses hindurchfliessen den Fluids benetzt wird.
Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher verstärkt so wesentlich den Wärmeübertragungsvorgang. Der Wärme übertragungsweg zwischen den Rohren verläuft durch inte gral in den Rohren ausgebildete Rippen, so dass bei einer
Konstruktion mit geringerem Durchmesser, Kompaktaufbau und nicht glatten Wänden ein grosser Wirkungsgrad bei der
Wärmeübertragung erzielt wird.
Die Gefahr eines möglichen Leckens eines Fluids im Aus tauscher, welches zur Kontamination des anderen durch die sen durchfliessenden Fluids führt,ist wesentlich herabgesetzt oder ausgeschaltet. Einrichtungen zum Nachweis irgendeines
Leckens sind vorgesehen, so dass Korrekturmassnahmen ein geleitet werden können.
Die Rippen der Rohre bewirken, dass diese konzentrisch mit Abstand zueinander angeordnet sind, wodurch die Zahl der bei der Vorrichtung benötigten Teile reduziert wird, so dass die Materialkosten und die Kompliziertheit des Herstell vorgangs herabgesetzt sind.
Die äussere Verbindungen mit inneren Durchlässen er folgt direkt ohne das Durchdringen eines mittleren Raums, um die Kompliziertheit der Vorrichtung herabzusetzen und die Zuverlässigkeit der Konstruktion zu erhöhen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemässen
Wärmeaustauschanlage, bei der der Wärmeaustauscher im
Längsschnitt dargestellt ist, und
Fig. 2 eine Querschnitt-Teilansicht der koaxialen Rohr elemente des Wärmeaustauschers.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemässe Wärmeaustauschanla ge 10. In der Anlage dient ein Wärmeaustauscher 12 dazu, von einem Sonnenkollektor 14 oder einer anderen Wärme5 quelle an ein erstes Fluid abgegebene Wärme an ein zweites
Fluid zu übertragen, welches durch den Wärmeaustauscher fliesst. Das erwärmte Fluid wird dabei durch eine geeignete
Einrichtung, z. B. eine Pumpe 16, im Umlauf zu einer Stelle,
wo es verwendet wird, oder zu einem Sammelbehälter 18 gebracht, aus dem es zur Benutzung später entnommen wird.
Der Wärmeaustauscher 12 enthält ein äusseres Rohrelement 20, ein mittleres Rohrelement 22 und ein inneres Rohrelement 24, die vorzugsweise koaxial ineinander angeordnet sind. An jedem Ende des äusseren Elementes 20 befindet sich eine fluiddichte Sammel- bzw. Verzweigungsleitung (manifold) 26 bzw. 28, die durch scheibenartige Endwände 30, 32 gebildet wird, welche sich in Querrichtung zum Wärmeaustauscher von der Aussenfläche 34 des mittleren Elementes 22 bis zu den Abschnitten 36, 38 mit erweitertem Durchmesser der Aussenwand 40 des äusseren Elementes 20 erstrecken. Endwände 42, 44, die sich in Querrichtung zum Wärmeaustauscher von der Aussenfläche 46 des inneren Elementes 24 bis zu den Erweiterungen 48; 50 der Abschnitte 36, 38 mit erweitertem Durchmesser erstrecken, bilden für das mittlere Element 22 eine Sammel- bzw.
Verzweigungsleitung (manifold) 52 bzw. 54.
Die Endwände sind mit den entsprechenden zugehörigen Flächen der Rohrelemente durch beliebige geeignete Mittel, z. B.
durch Hartlöten, verbunden,um fluiddichte Verbindungsstellen zu bilden.
Die Sammelleitung 26 besitzt ein Auslassrohrstück 56, welches mit dem Rohr 58 verbunden ist, welches zum Einlassrohrstück 60 einer Wärmequelle, z. B. eines Sonnenkollektors 14 führt. Der Kollektor wiederum besitzt ein Auslassrohrstück 62, welches mit dem Rohr 64 in Verbindung steht, das zu einem Einlassrohrstück 66 führt. Dieses Einlassrohrstück öffnet sich in die Verzweigungsleitung 28 des äusseren Elementes 20. Bei Bedarf kann eine Pumpe 68 an geeigneter Stelle im Fluidkreislauf, z. B. im Rohr 58, eingebaut sein, um das Fluid zwischen dem Sonnenkollektor 14 und dem äusseren Rohrelement 20 des Wärmeaustauschers in Umlauf zu bringen bzw. für seine Beibehaltung zu sorgen.
Die Sammelleitung 52 des mittleren Elementes 22 besitzt ein Auslassrohrstück 70, das mit einem Rohr 72 verbunden ist, das an geeignete Nachweiseinrichtungen, z. B. einen Druckschalter 74 oder ein Schauglas 76 oder dergleichen angeschlossen ist. Die von der Nachweiseinrichtung fortführende Rückleitung 78 ist mit einem Einlassrohrstück 80 verbunden, welches sich in die Verzweigungsleitung 54 des mittleren Elementes 22 öffnet. Bei dieser Konstruktion dienen die Durchlässe 82 des mittleren Elementes 22 dazu, Lecks von entweder dem äusseren oder dem inneren Rohrelement 20 bzw. 24 nachzuweisen. Ein geeignetes nichttoxisches Fluid, z.
B. Luft oder Wasser, füllt die Durchlässe 82 und das restliche Volumen des Nachweissystems. Wie bekannt ist, wird das Eindringen von Fluid aus entweder dem inneren oder dem äusseren Rohrelement in das Fluid im Nachweissystem, was ein Leck in diesen Elementen anzeigen würde, am Schauglas 76 oder durch den Druckschalter 74 festgestellt, so dass ein Korrekturvorgang in Gang gesetzt werden kann. Des weiteren ist es bekannt, dass ausser der Betätigung eines Schalters durch Druck oder dem sichtbaren Anstieg von Fluid in einem Schauglas weitere Alarmmethoden bestehen können in dem Überlaufen aus einer Entlüftungsöffnung, im Anstieg einer Flüssigkeit zwischen elektrischen Kontakten, um einen elektrischen Alarm zu betätigen oder geeignete Ventile abzusperren, oder im Abtasten eines Druckanstiegs in Röhren mit geschlossenem Ende.
Da diese Nachweisvorrichtungen wohlbekannt sind, brauchen sie hier nicht dargestellt und auch nicht beschrieben zu werden, und es braucht hinsichtlich der Zusatzausstattung auch nicht ins einzelne gegangen zu werden, was z. B. den elektrischen oder elektronischen Stromkreis oder die Nachweisstromkreise bzw. -schaltungen und Ähnliches in diesem Zusammenhang anbelangt.
Das innere Rohrelement 24 besitzt ein Einlassende 84, welches ein geeignetes Rohrstück 86 für den Anschluss an ein
Rohr 88 besitzt, durch welches durch Wärmeaustausch aufzuwärmendes Wasser aus einer Versorgungsquelle, z. B. einem Sammelbehälter 18, fliesst. Der Sammelbehälter 18 kann einen Einlass 90 für Wasser aus einer Hauptleitung und einen Auslass 92 besitzen, welcher zu einem Hahn oder dergleichen führt. Ein geeignetes Rohrstück 94 am Auslassende 96 des inneren Elementes ist mit einem Rohr 98 verbunden, durch welches die aus dem Wärmeaustauscher heraustretende Flüssigkeit zum Sammelbehälter 18 oder zu einem anderen beliebigen geeigneten Abfluss zur Verwendung fliesst.
Beim Wärmeaustauscher wird ein hoher thermischer Wirkungsgrad erzielt, da der Wärmeübertragungsweg durch Metall/Metall-Kontakt mittels integraler Rippen in den Bohrungen eines jeden der Rohrelemente zustandekommt. Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, besitzt das äussere Rohrelement 20 radial nach innen vorspringende integrale Rippen 100, die in seiner Bohrung 102 ausgebildet sind und sich in Längsrichtung über die gesamte Länge von der Sammelleitung 26 bis zur Verzweigungsleitung 28 des Elementes erstrecken. Die Rippen 100 sind mit Abstand voneinander peripher um das Element herum angeordnet, so dass Fluiddurchlässe 104 gebildet sind.
Das mittlere Rohrelement 22 besitzt radial nach innen vorspringende integrale Rippen 106, die in seiner Bohrung 108 ausgebildet sind und sich in Längsrichtung über die gesamte Länge von der Sammelleitung 52 bis zur Verzweigungsleitung 54 des Elementes erstrecken. Die Rippen 106 sind mit Abstand voneinander peripher um das Element so herum angeordnet, dass bereits oben erwähnte Fluiddurchlässe 82 gebildet sind. Das innere Element 24 besitzt radial nach innen vorspringende integrale Rippen 112, die in seiner Bohrung 114 ausgebildet sind und sich in Längsrichtung über die gesamte Länge vom Rohrstück 86 bis zum Rohrstück 94 des Elementes erstrecken. Nach der Zeichnung sind die Rippen 112 mit Abstand voneinander peripher um das Element herum angeordnet.
Die Dicke der Rippen 100, 106 und 112, ihre Anordnung mit Abstand voneinander, die Wanddicke der Rohrelemente und ihre radiale Anordnung mit Abstand voneinander, welche die Grösse der Fluiddurchlässe im Wärmeaustauscher bestimmen, werden durch wohlbekannte thermodynamische und hydrodynamische Erwägungen bestimmt, was die Konstruktionsmaterialien der Vorrichtung anbelangt. Die Rippen selbst können in Längsrichtung gerade sein oder sich schraubenförmig winden. Hinsichtlich der Herstellung des Wärmeaustauschers selbst kann jede geeignete Herstell- bzw. Fertigungstechnik verwendet werden, um die Röhrenelemente zu formen und sie dann ineinander einzufügen, so dass die Rippen der äusseren zwei Elemente sich in gutem thermischen Kontakt mit der Aussenwand des radial innerhalb des anderen angeordneten Elementes befinden.
Das innere Element 24 kann mit integralen radialen Rippen nicht nur in seiner Bohrung, sondern auch mit radial nach aussen vorspringenden Rippen an seiner Aussenfläche ausgebildet sein. Bei einer solchen Konstruktion würde das mittlere Element 22 so integrale radial nach aussen vorspringende Rippen besitzen, und das äussere Element wäre lediglich ein Rohr mit glatter Wand. Dies wäre auch der Fall bei einer Konstruktion, bei der das mittlere Element integrale radiale Rippen nicht nur in seiner Bohrung, sondern auch radial nach aussen vorspringende Rippen auf seiner Aussenfläche besitzen würde. Das innere Element würde bei einer solchen Konstruktion lediglich in seiner Bohrung Rippen besitzen, wie es beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Fall ist. Gemäss der Erfindung können andere solcher Kombinationen durchgeführt werden.
Bei Betrieb werden die Durchlässe 82 und das übrige Volumen des mittleren Elementes 22 und der dazugehörige Lecknachweiskreis mit einem geeigneten nichttoxischen Fluid, z. B. Wasser gefüllt, und es wird am Kreis entspre chend der Art der dort eingebauten Nachweisvorrichtung eine Nulleinstellung vorgenommen. Z. B. durch Öffnen geeigneter Ventile (nicht gezeigt) und/oder durch Betätigen der Pumpen 68 und 16, wird damit begonnen, das Fluid von den Sonnenkollektoren 14 und vom Sammelbehälter 18 in Umlauf zu bringen. Das (durch Pfeile 116 angedeutete Fluid), das durch die Sonnenenergie in den Kollektoren aufgewärmt worden ist, fliesst durch das Rohr 64 in die Verzweigungsleitung 28 und bewegt sich dann längs der Durchlässe 104 im äusseren Element 20, wobei es Wärme abgibt.
Das Fluid gelangt dann in die Sammelleitung 26 und wird durch die Leitung 58 zum Wiederaufheizen bzw. -erwärmen zurückgeführt.
Das zu erwärmende Fluid (durch Pfeile 118 angedeutet) wird dem Wärmeaustauscher durch das Rohr 88 zugeführt und tritt durch die Bohrung 120 hindurch, wobei es durch thenni- schen Austausch mit dem Fluid 116 aus dem Sonnenkollektor Wärme aufnimmt. Das erwärmte Fluid wird durch das Rohr 98 zum Sammelbehälter 18 für spätere Verwendung geführt.
Sollte sich ein Leck in der Wand von entweder dem inneren oder dem mittleren Element entwickeln, würde das Lecken in das im Lecknachweiskreis enthaltene Fluid durch einen Anstieg in der Höhe des Fluids im Schauglas 76 festgestellt werden, oder die durch das Leck bewirkte Druckänderung würde den Druckschalter 74 durch wohlbekannte (nicht gezeigte) Einrichtungen so betätigen, dass geeignete, korrigierende Massnahmen in Gang gesetzt werden können.
Die Kapazität der erfindungsgemässen Anlage kann erhöht werden, indem die Wärmeaustauscher 12 parallel zueinander betrieben werden. Die Wirksamkeit erhöht sich auch im allgemeinen, wenn die Wärmeaustauscher aufgerollt oder gewickelt sind. Die erfindungsgemässe Wärmeaustauschanlage kann nicht nur mit einem Sonnenkollektor oder einer anderen Wärmequelle zur Erwärmung bzw. Aufheizung eines Fluids verwendet werden, sondern es ist gleichermassen bei Anwendungsfällen wirksam, bei denen ein Arbeitsfluid ge kühlt wird. Als Beispiel für einen solchen Anwendungsfall sei die Verwendung des Systems bei einer herkömmlichen Kältemaschine genannt, um trinkbare Fluide sicher und wirksam zu kühlen.
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PATENT CLAIMS
1. Heat exchange system with a heat exchanger, characterized in that at least one outer (20), one middle (22) and one inner (24) tubular element are each inserted into one another, and are in contact with one another, that the outer and middle element on their inner wall Have recesses which extend substantially in the longitudinal direction and form first (104) and second (82) flow channels there, that the bore of the inner element (24) forms a third flow channel, that the end sections of the outer tubular element have an enlarged diameter with respect to the section of the outer element, which is located between the widened end sections,
that first end walls are attached to each end of the central tubular element and extend transversely outwardly therefrom into a sealing connection with the inner surface of the sections of the outer tubular element which have an enlarged diameter, that second end walls are spaced longitudinally outside the first walls are arranged so that the second walls are fastened to the outer surface of the inner tubular element and extend from it in the transverse direction to the outside for a sealing connection with the inner surface of the sections of the outer tubular element which have an enlarged diameter such that the end walls of the first and second Seal longitudinal passages so that the fluid passages are isolated from each other and from the third flow channel,
that heat conducting devices are present on each of the tubular elements and are integrally formed therewith, which consist of ribs (100, 106, 112) which extend essentially in the longitudinal direction and project radially inwards, that the ribs (100) of the outer element (20 ) are in contact with the outer wall of the middle element (22), that the ribs of the middle element (22) are in contact with the outer wall of the inner element (24), so that there is a metal / metal heat exchange connection between the elements each rib of the elements is spaced from the adjacent ribs so that longitudinal flow channels are formed in the outer and middle elements, inlet and outlet openings open into the flow channels in the elements to circulate the fluid therethrough allow,
that detection means (76) are in communication with the fluid in the second passages to sense and detect a condition in the middle fluid indicating a leak in one of the pipe members, and that means (16, 68) are provided to detect the To circulate and maintain fluid through the flow channels of the outer member and through the inner member, thereby exchanging heat between the fluids.
2. Heat exchange system according to claim 1, characterized in that the tubular elements are concentric with each other.
The invention relates to a heat exchange system with a heat exchanger.
A number of tube-in are from the prior art
Pipe heat exchange systems known; they are e.g. in U.S. Patent 2,316,273, U.S. Patent 2,847,193 and GB Patent 1145
513. No leak detection devices are included in the systems of the first two patent specifications, but they do exist in the system of the British patent specification. It is also known to install leak detection devices in heat exchange systems with jacketed pipes, e.g. from US PS 3 830 290 and GB-PS 804592. According to the invention, a heat exchange system is proposed with the
Features of claim 1.
In none of the known heat exchange systems, however, fins are provided which project radially inwards and are located on each of the coaxial tubular elements and represent their heat exchange devices, as is the case with the present invention. Their efficiency is accordingly lower, and the MetalliMetall heat transfer path according to the invention represents a novel improvement over the prior art.
At each longitudinal end of the heat exchanger there is expediently a collecting or branching line, so that fluid can be circulated through the passages in the outer tube element, preferably in countercurrent to the fluid which flows through the inner tube element, so that heat is exchanged between them.
There is a fluid in the central tube member and means are provided for leakage of
Fluid from the outer or from the inner tubular element can be determined: The radially inwardly projecting ribs of the outer element are in metal / metal contact with the outer surface of the central element, the ribs in turn being in good thermal contact with the inner element are located so that there is an effective metal / metal heat flow path between them.
In addition, the ribs of the inner tube which extend radially inward into the flow promote the effectiveness of the heat transfer by increasing the surface of the tube which is wetted by the fluids flowing through it.
The heat exchanger according to the invention thus significantly increases the heat transfer process. The heat transfer path between the tubes runs through fins formed integrally in the tubes, so that in one
Construction with a smaller diameter, compact structure and non-smooth walls make it very efficient
Heat transfer is achieved.
The risk of possible leakage of a fluid in the exchanger, which leads to contamination of the other by the fluid flowing through it, is substantially reduced or eliminated. Facilities for the detection of any
Leakage is provided so that corrective action can be taken.
The ribs of the tubes cause them to be arranged concentrically at a distance from one another, thereby reducing the number of parts required in the device, so that the material costs and the complexity of the manufacturing process are reduced.
The external connections with internal passages are made directly without penetrating a central space in order to reduce the complexity of the device and to increase the reliability of the construction.
The invention is described below, for example with reference to the drawing; in this shows:
Fig. 1 is a schematic view of the invention
Heat exchange system in which the heat exchanger in the
Longitudinal section is shown, and
Fig. 2 is a partial cross-sectional view of the coaxial tube elements of the heat exchanger.
1 shows the heat exchange system 10 according to the invention. In the system, a heat exchanger 12 is used to transfer heat released from a solar collector 14 or another heat source to a first fluid to a second one
To transfer fluid that flows through the heat exchanger. The heated fluid is replaced by a suitable
Facility, e.g. B. a pump 16, in circulation to a point,
where it is used or brought to a collection container 18 from which it is later removed for use.
The heat exchanger 12 contains an outer tube element 20, a middle tube element 22 and an inner tube element 24, which are preferably arranged coaxially one inside the other. At each end of the outer element 20 there is a fluid-tight manifold 26 or 28, which is formed by disk-like end walls 30, 32, which extend in the transverse direction to the heat exchanger from the outer surface 34 of the middle element 22 to the sections 36, 38 with an enlarged diameter of the outer wall 40 of the outer element 20 extend. End walls 42, 44, which extend in the transverse direction to the heat exchanger from the outer surface 46 of the inner element 24 to the extensions 48; 50 of the sections 36, 38 extend with an enlarged diameter, form a collection or
Branch line (manifold) 52 or 54.
The end walls are connected to the corresponding associated surfaces of the tubular elements by any suitable means, e.g. B.
brazed together to form fluid tight joints.
The manifold 26 has an outlet pipe section 56 which is connected to the pipe 58 which leads to the inlet pipe section 60 of a heat source, e.g. B. a solar collector 14 leads. The collector in turn has an outlet pipe section 62 which is connected to the pipe 64, which leads to an inlet pipe section 66. This inlet pipe section opens into the branch line 28 of the outer element 20. If necessary, a pump 68 can be located at a suitable point in the fluid circuit, for. B. in the pipe 58, installed to circulate the fluid between the solar collector 14 and the outer tubular member 20 of the heat exchanger or to ensure its maintenance.
The manifold 52 of the central element 22 has an outlet pipe section 70 which is connected to a pipe 72 which is connected to suitable detection devices, e.g. B. a pressure switch 74 or a sight glass 76 or the like is connected. The return line 78 continuing from the detection device is connected to an inlet pipe section 80 which opens into the branch line 54 of the central element 22. In this construction, the passages 82 of the central element 22 serve to detect leaks from either the outer or the inner tubular element 20 or 24. A suitable non-toxic fluid, e.g.
B. air or water, fills the passages 82 and the remaining volume of the detection system. As is known, the intrusion of fluid from either the inner or outer tubular member into the fluid in the detection system, which would indicate a leak in these members, is detected at the sight glass 76 or through the pressure switch 74 so that a correction process is initiated can. Furthermore, it is known that in addition to the actuation of a switch due to pressure or the visible increase in fluid in a sight glass, other alarm methods can consist of overflowing from a vent, increasing liquid between electrical contacts in order to actuate an electrical alarm or suitable ones Shut off valves, or by sensing a pressure rise in closed-end tubes.
Since these detection devices are well known, they do not need to be shown or described here, and there is also no need to go into detail regarding the additional equipment. B. concerns the electrical or electronic circuit or the detection circuits or circuits and the like in this context.
The inner tubular member 24 has an inlet end 84 which has a suitable tubular piece 86 for connection to it
Pipe 88 has through which water to be heated by heat exchange from a supply source, e.g. B. a collection container 18 flows. The reservoir 18 may have an inlet 90 for water from a main line and an outlet 92 leading to a tap or the like. A suitable piece of pipe 94 at the outlet end 96 of the inner member is connected to a pipe 98 through which the liquid exiting the heat exchanger flows to the header tank 18 or to any other suitable drain for use.
A high thermal efficiency is achieved with the heat exchanger, since the heat transfer path takes place through metal / metal contact by means of integral ribs in the bores of each of the tubular elements. As best seen in FIG. 2, the outer tubular member 20 has radially inwardly projecting integral ribs 100 formed in its bore 102 and extending longitudinally the entire length from the manifold 26 to the branch pipe 28 of the member . Ribs 100 are circumferentially spaced around the element such that fluid passages 104 are formed.
The central tubular element 22 has radially inwardly projecting integral ribs 106, which are formed in its bore 108 and extend in the longitudinal direction over the entire length from the manifold 52 to the branch line 54 of the element. The ribs 106 are arranged at a distance from one another peripherally around the element such that fluid passages 82 mentioned above are formed. The inner element 24 has radially inwardly projecting integral ribs 112, which are formed in its bore 114 and extend in the longitudinal direction over the entire length from the pipe section 86 to the pipe section 94 of the element. According to the drawing, the ribs 112 are circumferentially spaced around the element.
The thickness of the fins 100, 106 and 112, their spaced arrangement, the wall thickness of the tubular elements and their radial spaced arrangement, which determine the size of the fluid passages in the heat exchanger, are determined by well known thermodynamic and hydrodynamic considerations as to what the construction materials of the Device concerned. The ribs themselves can be straight in the longitudinal direction or spiral. With regard to the manufacture of the heat exchanger itself, any suitable manufacturing technique can be used to form the tubular elements and then insert them into one another so that the ribs of the outer two elements are in good thermal contact with the outer wall of the one located radially inside the other Element.
The inner element 24 can be formed with integral radial ribs not only in its bore, but also with radially outwardly projecting ribs on its outer surface. With such a construction, the central element 22 would thus have integral radially outwardly projecting ribs, and the outer element would merely be a smooth wall tube. This would also be the case with a construction in which the central element would have integral radial ribs on its outer surface, not only in its bore but also radially projecting ribs. With such a construction, the inner element would only have ribs in its bore, as is the case with the exemplary embodiment in FIG. 2. According to the invention, other such combinations can be carried out.
In operation, the passages 82 and the remaining volume of the central element 22 and the associated leak detection circuit are covered with a suitable non-toxic fluid, e.g. B. filled with water, and it is made at the circle accordingly the type of detection device installed there. For example, by opening suitable valves (not shown) and / or by actuating the pumps 68 and 16, the fluid is started to circulate from the solar collectors 14 and from the collecting container 18. The fluid (indicated by arrows 116) which has been warmed up by the solar energy in the collectors flows through the tube 64 into the branch line 28 and then moves along the passages 104 in the outer element 20, giving off heat.
The fluid then enters manifold 26 and is returned through line 58 for reheating.
The fluid to be heated (indicated by arrows 118) is fed to the heat exchanger through the pipe 88 and passes through the bore 120, whereby it absorbs heat through thermal exchange with the fluid 116 from the solar collector. The heated fluid is passed through pipe 98 to the reservoir 18 for later use.
Should a leak develop in the wall of either the inner or middle element, the leakage into the fluid contained in the leak detection circuit would be detected by an increase in the level of the fluid in the sight glass 76, or the pressure change caused by the leak would become the pressure switch 74 by well known means (not shown) so that appropriate corrective action can be initiated.
The capacity of the system according to the invention can be increased by operating the heat exchangers 12 in parallel with one another. The effectiveness also generally increases when the heat exchangers are rolled up or wound. The heat exchange system according to the invention can not only be used with a solar collector or another heat source for heating or heating a fluid, but it is equally effective in applications in which a working fluid is cooled. An example of such an application is the use of the system in a conventional refrigerator to safely and effectively cool drinkable fluids.