DD283526A7 - Stroemungsverteiler zur stroemungsverteilung und umlenkung in einem roehrenwaermeuebertrager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stroemungsverteiler zur Stroemungsverteilung und Umlenkung in einem Roehrenwaermeuebertrager, der insbesondere in Duschanlagen von Sport- und Erholungsstaetten, Einrichtungen des Gesundheitswesen, sowie vielfaeltigen gesellschaftlichen und industriellen Sanitaeranlagen anwendbar ist. Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand fuer die Herstellung von Roehrenwaermeuebertragern mit Stroemungsverteilern fuer grosze aeuszere und innere Belastungsansprueche sowie dessen Reinigung zu verringern. Erfindungsgemaesz wird das mit Stroemungsverteilungs- und Umlenkungselementen erreicht, die in den Verteilerrohren in axialer Richtung ein- und ausfuehrbar einzeln bzw. getrennt voneinander angeordnet sind und in radialer Richtung kraftschluessig an den Innenflaechen des Verteilerrohres anliegen, wobei mindestens eines der beiden stirnseitig im Verteilerrohr angeordneten Stroemungsverteilungs- und Umlenkungselemente zusaetzlich als Stroemungsverteilerverschlusz dient. Fig. 3{Roehrenwaermeuebertrager; Duschanlagen; Abwasserwaermenutzung; Baustahlrohre; Stroemungsverteiler; Verteilerrohr; Stroemungsverteilungs- und Umlenkungselemente; Stroemungsverteilerverschlusz; Korrosionsschutz; Reinigung}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Strömungsverteiler für Röhrenwärmeübertrager, die insbesondere zur Abwasserwärmenutzung in Duschanlagen von Sport- und Erholungsstätten, Einrichtungen des Gesundheitswesens sowie vielfältigen gesellschaftlichen und industriellen Sanitärkomplexen geeignet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein wesentliches Kriterium bei der Gestaltung rekuperativer Wärmeübertragungssysteme zur Erwärmung oder Kühlung von Nutz- bzw. Trinkwässern oder anderer lebensphysiologisch einwirkender Flüssigkeiten besteht ds η, eine negative Beeinflussung der Flüssijkeitsqualität auszuschließen. Dies gilt u.a. auch für die im Fußbodenbe jich von Duschanlagen bevorzugt verwendeten Röhrenwärmeübertrager, die eine Vorwärmung des Duschfrischwassers durch Duschabwasser mit außerordentlich günstigen Wärmerückgewinnungsgraden ermöglichen. Einige bekannte Wärmeübertrager werden deshalb aus weitgehend korrosionsstabilen und inkrustationshemmenden Werkstoffen, beispielsweise hochlegierten Stahlmarken oder Buntmetallen, au sgeführt. Aufgrund der daraus resultierenden Verfügbarkeitsproblematik und der kostenintensiven Herstellungsfaktaren zeigte sich bereits ein verstärkter Trend zur Materialsubstitution, d. h. in Richtung des Einsatzes unlegierter oder niedriglegierter Stähle mit entsprechender Korrosionsschutzbehandlung. So ist z. B. im DD-WP 229204 ein Röhrenwärmeübertrager dargestellt, der aus zwei gegenüberliegenden, kammförmig gestalteten und voneinander getrennten Segmenten mit mehreren WLrmeübertragungsrohren aus unlegierten oder niedriglegierten Stählen, welche rechtwinklig zu einem mit Strömungskanälen versehenen Vor- und Rücklaufverteiler und parallel zueinander angeordnet sind, besteht. Diese KonstruSaionskonzeption beinhaltet einen zuverlässigen Koirosionsschutz, besonders an den mit Nutz- bzw. Trinkwasser in Berührung kommenden inneren Wärmeübertragungsflächen. Hierbei sind jedoch qualitativ und quantitativ hohe Fertigungsanforderungen sowie hohe spezifische Materialeinsatzmassen, woraus sich ungünstige Amortisationszeiten ableiten, zu verzeichnen.

Eine weitere Lösungsvariante ist im DD-WP 291285 beschrieben. Dieser Wärmeübertrager wird aus ebenen Kastenprofilrohren, vorzugswels e aus Baustahl, gebildet. Die Profilrohre sind an ihren Enden mit Halteblechen zusammengefügt und z. B. paarweise durch Strömungsleitstücke, die sich an der Außenseite der Haltebleche befinden und eine Ströimngsumlenkung bewirken, hydraulisch miteinander verbunden. Bedingt durch die große Anzahl von Strömungsumlenkungen ist der vorgesehene innere Korrosionsschutz trotz ausreichender Strömungsquerschnitte nur mit komplizierten technologischen Arbeitsschritten realisierbar.

In der DE-OS 2749205 ist ein Röhrenwärmetauscher vorgeschlagen, bei dem zum einen die haarnadelförmig gebogenen Wärmetauscherrohre an den Enden mit Kunststoff umspritzt oder umhüllt werden und zum anderen gleichzeitig ein Sammelbehälter bzw. Strömungsverteiler mit ausgebildet wird. Eine derartige Bauweise mit separat gefertigten Wärmetauscherrohren und angeformtem Strömungsverteiler erfordert extreme fortigungstechnologische Aufwendungen und vor allem hohe Werkzeugkosten bei großvolumigen und -flächigen Wärmetauschern. Darüber hinaus ist diese prinzipielle Verbindungstechnik für Wärmetauscher mit großen statischen und dynamischen Belastungsbeanspruchungen ungeeignet. Die beispielsweise beim ständigen Betreten von Wärmeübertragern zur Duschabwasserwärmenutzunn aufzunehmenden Gewichtskräfte (etwa 70... !OOkp), die beim turnusmäßig manuellen Reinigen der Wärmeübertragerunterseite auftretenden Stoßbeanspruchungen (Auf- und Abkippbewegung) sowie die systembedingten Nutzwasserdrücke (etwa 0,6... 1 MPa) können vor allem mit der gewählten Abdichtung bzw. Trennung zwischen Rohren und Sammelbehälter, bei dem auch relativ große Wanddicken notwendig wären, kaum funktionsgerecht beherrscht werden. Alle genannten Lösungen haben auch den Nachteil, daß die Reinigung der Wärmeübertrager von inneren Inkrustationsablagerungen nicht bzw. nur mit großem Aufwand möglich ist.

Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für die Herstellung von Röhrenwärmeübertragern mit Strömungsverteilern für große äußere und innere Belastungsansprücho sowie dessen Reinigung zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine einfache Strömungsverteilung und Umlenkung den Gesamtaufwand zur Herstellung und Reinigung von Röhrenwärmeübertragern mit Strömungsverteilern für große äußere und innere Belastungsansprüche zu verringern.

Erfindungsgemäß wird das mit einem Strömungsverteiler zur Strömungsverteilung und Umlenkung in einem Röhrenwärmeübertrager mit mehreren, die zwischen zwei Strömungsverteilern angeschlossen sind, in welchen sich Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente radialkraftschlüssig befindon, die in axialer Richtung ein- und ausführbar sind, dadurch erreicht, daß die Strömungsverteüungf- und Umlenkungselemente im Verteilerrohr einzeln bzw. getrennt voneinander angeordnet sind und mindestens eines der beiden stirnseitig im Verteilerrohr befindlichen Strömungsverteilungsund Umlenkelemente zusätzlich als Strömungsverteilerverschluß angeordnet ist.

Mit den erfindungsgemäßen ein- und ausführbaren einzeln bzw. getrennt voneinander anordenbaren Strömungsverteilungsund Umlenkungselementei), welche die Verteilung und Umlenkung der Flüssigkeit im Röhrenwärmeübertrager mit Strömungsverteilern übernehmen, wird der Herstellungsaufwand erheblich verringert. Durch den erfindungsgemäßen Strömungsverteüer wird ein problemloser und festigkeitsmäßig stabiler Anschluß der Wärmeübertragungsrohre bzw. Kastenprofilrohre am Strömungsverteüer, z. B. durch Schweißen, sowie insgesamt eine einfache und qualitativ hochwertige äußere und vor allem innere Korrosionsschutzbehandlung des Röhrenwärmeübertragers erreicht.

Die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente, ermöglichen aufgrund ihrer Entnahmefähigkeit aus dem Verteilerrohr eine Reinigung dessen Innenfläche von Inkrustationsablagerungen. Die Reinigung der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente selbst, erfolgt außerhalb des Strömungsverteilers. Die im Endbereich des Verteilerrohres angeordneten Strömungsverteilungs· und Umlenkungselemente, welche zusätzlich als Strömungsverteilerverschluß dienen, garantieren eine schnelle Ein- und Ausführung der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente. Bei der Anwendung eines Strömungsverteilungs- und Um'enkungselementes als Strömungsverteilerverschluß an einer Verteilerrohrstirnseite, wird die gegenüberliegende Stirnseite durch einen anderen Strömungsverteilerverschluß abgedichtet bzw. abgeschlossen. Eine kraftschlüssige Anlage der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente an der Innenfläche des Verteilerrohres vollzieht sich infolge mechanischer Spannungen. Dazu ist es notwendig, daß der Außendurchmesser der Strömungsverteilungsund Umlenkungselemente, die im radialen Endbereich elastische Dichtwerkstoffe enthalten oder vollständig daraus bestehen, größer als der Innendurchmesser des Verteilerrohres ausgeführt wird.

Die kraftschlüssige Anlage der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente ist auch durch mechanische Spannungswiikung und Flüssigkeitsdruckwirkung oder nur durch Flüssigkeitsdruckwirkung erzielbar. Eine flüssigkeitsbedingte Abdichtung erfordert eine entsprechende Lippenform oder elastische Dichtelemente, analog der von konventionellen Nut- oder Außenlippenringen. Durch die Anordnung eines als Strömungsverteilerverschluß fungierenden Strömungsverteilungs- und Umlenkungselementes an mindestens einer Stirnseite des Verteilerrohres wird ebenfalls der Herstell- und Reinigungsaufwand für den Röhrenwärmeübertrager insgesamt verringert. Durch eine feste Anordnung der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente auf einen Haltekörper, der vorzugsweise aus Rundmaterial besteht, wird sowohl eine schnelle Installation der einzeln bzw. getrennt voneinander angeordneten Elemente im Verteilerrohr, als auch eine schnelle und unkomplizierte Reinigung des Strömungsverteilers erreicht. Es ist auch möglich, verschlissene Elemente schnell und unkompliziert auszuwechseln. Der Haltkörper und die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente k'Jnnan trotz der einzelnen bzw. getrennten Anordnung voneinander auch ein homogenes Strömungsverteilunjs- und Umlenkungsformteil bilden. Das homogene Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil hat den Vorteil, daß die Strömungsverteilung und Umlenkung im Strömungsverteiler mit geringeren Druckverlusten und die Reinigung des Formteils selbst schneller durchführbar sind. Bei entsprechend geringerem Querschnitt des Haltekörpers werden fertipungsbedingte Form- und Lageabweichungen während des axialen Einführens der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente bzw. Formteile ausgeglichen. Die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente können auch materialsparend, daß heißt ohne Haltekörper, einzeln bzw. getrennt voneinander im Strömungsverteüer angeordnet werden. Bei der Einzelanordnung der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente im Strömungsverteüer wird eine schnelle Austauschbarkeit von verschlissenen Elementen sowie eine schnelle und gründliche Reinigung der Elemente gewährleistet.

Alle Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente, die nicht zusätzlich als Strömungsverteilungsverschluß angeordnet sind, werden in bestimmten Abstand voneinander derart installiert, daß sie zwischen zwei oder mehreren Röhrenwärmeübertragungsrohren strömungsumlenkend und strömungsvnrteilend, ohne Lecksti ombeeinflussung zwischen benachbarten Umlenkkammern, fixiert sind.

Ausführiingsbeisplel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert

Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittansicht einer Duscheinrichtung mit Wärmeübertrager nach Linie H-Il der Fig. 2

Fig. 2: die Schnittansicht nach Linie l-l der Fig. 1

Fig. 3: die Schnittansicht nach Linie HI-III der Fig. 1

Fig.4: ein Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil mit radialer Dichtwirkung durch mechanische Spannung

Fig. 5: ein Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil mit radialer Dichtwirkung durch Flüssigkeitsdruck.

-3- 283 b^

Der in Fig. 1 und 2 komplex dargestellte Röhrenwärmeübertraijer 1 ist innerhalb der Duschwanne 2 einer Duscheinrichtung installiert. Die Wärmeübertragungselemente bestehen vorzugsweise aus Kastenprofilrohren 4, welche parallel zueinander angeordnet und jeweils an beiden Enden mit einem Strömungsverteiler 3 versehen sind. Die mit dem wandseitigen Strömungsverteiler 3 gekoppelten flexiblen Anschlußleitungen 17 sind einerseits an eine Druckleitung für kaltes Frischwasser K und andererseits an eine zur Mischbatterie 6 führenden Leitung angeschlossen. Das nach dem Duschvorgang in Duschabwasser A umgewandelte Duschfrischwasser F benetzt die geneigten Flächen der Kastenprofilrohro 4, wodurch ein Teil der darin enthaltenen Wärmeenergie auf das in den Kastenprofilrohren 4 strömende kalte Frischwasser K übertragen wird. Das somit vorliegende vorgewärmte Frischwasser V wird mit dem heißen Frischwasser H mittels der Mischbatterie 6 bedarfsgerecht gemischt und zur Dusche 5 befördert. Das Duschwasser A wird entweder direkt oder nach entsprechendem Anstauen in der Duschwanne 1 über einen Abfluß abgeleitet.

Die Kastenprofilrohre 4 sind an den Verteilerrohren 7 der Strömungsverteiler 3 angeschweißt, womit eine druckbeständige und festigkeitsstabile Verbindung gewährleistet ist. Diese, zu einer Baugruppe zusammengefügten Teile lassen sich infolge der in das Verteilerrohr 7 eingearbeiteten Durchbrüche und der stirnseitig offenen Verteilerrohrenden problemlos verzinken oder mit einer anderen Korrosionsschutzschicht behandeln. Das in Fig. 3 gezeigte Verteilerrohr 7 des Strömungsverteilers 3 enthält Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente 10, die in einem gewünschten Raster im Abstand einzeln bzw. getrennt voneinander auf einem Haltekörper 9 befestigt sind. Die beispielsweise mittels Zentrierlehre fixierten Strömungsverteilungsund Umlenkungseiomente 10 besitzen Radialdichtringe 11, deren äußerer Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Verteilerrohrs 7. Daraus resultiert eine radiale Dichtringanlage an die Rohrinnenfläche und somit eine funktionssichere Strömungsumlenkung ohne Leckstrombeeinflussung zwischen benachbarten Umlenkkammern 3. Die stirnseitige Abdichtung der Verteilerrohre 7 erfolgt durch Verschlußdeckel 14, welche ebenfalls am Haltekörper 9 angeordnet und mit einem Radialdichtring 11, vorzugsweise einem Rund-, Nut- oder Außenlippenring 12, versehen sind. Die zu einer Baugruppe vereinigten Teile 9,10 und 14 können in einfacher Weise mit einer Korrosionsschutzschicht belegt, anschließend mit den Dichtungen 11 und 12 komplettiert und darauffolgend axial in das Verteilerrohr 7 des Strömungsverteilers 3 eingeschoben werden. Die komplette Baugruppe wird beispielsweise an einer Stirnseite des Strömungsverteilers 3 mittels Sicherungsringes 13 fixiert. Voraussetzung für das beschädigungslose Entlanggleiten der Dichtungen 11 und 12 an der Verteilerinnenfläche sind gratfreie innere Durchbruchkanten, die z. B. mittels eines geeigneten Rohrglättwerkzeuges oder einer Kiesbettvibrationseinrichtung entfernt werden können. Die erfindungsgemäßen Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente 10 besitzen auch den Vorzug, daß bei entsprechend geringem Querschnitt des Haltekörpers 9 fertigungsbedingte Form- und Lageabweichungen während des axialen Einführens ausgloichbar sind. Des weiteren ist eine einfache Demontagefähigkeit gegeben, um in erster Linie die Umlenkkammern 8 nach bestimmten Betriebszeiten von Inkrustationsprodukicn befreien zu können.

Der in Fig.4 dargestellte Strömungsverteiler 3 beinhaltet ein materialseitig homogenes Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil 15, in welches die Verteilerelemente und der Haltekörper 9 integriert sind. Das Strömungsverteilungs-und Umlenkungsformteii 15 besteht aus elastischem Dichtwerkstoff, vorzugsweise aus Gummi- oder Plastmaterial. Die radiale Dichtwirkung durch mechanische Spannung wird dadurch erreicht, indem der Außendurchmesser des Strömungsverteilungsund Umlonkungsformteils 16 größer gehalten wird als der Innendurchmesser des Verteilerrohres 7 des Strömungsverteilers 3.

In Fig. 5 ist ebenfalls ein elastisches Strörr.ungsverteilungs- und Umlenkungsformteil 16 mit homogener Verbindung von Strömungsverteilungs- und Umlenkungselementen und Haltekörper 9 ausgeführt. Das Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil 16 besitzt hierbei Dichtlippen, welche eine radiale Dichtwirkung infolge des inneren Flüssigkeitsdruckes ermöglichen.

Die Strömungsverteilungs· und Umlenkungsformteile 15 und 16 sind als Einzelteile, angedeutet durch die Trennlinien T, konzipiert.

Claims (4)

1. Strömungsverteiler zur Strömungsverteilung und Umlenkung in einem Röhrenwärmeübertrager mit mehreren Wärmeübertragungsrohren, die zwischen zwei Strömungsverteilern angeschlossen sind, in welchen sich Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente radialkraftschlüssig befinden, die in axialer Richtung ein- und ausführbar sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente (10) im Verteilerrohr (7) einzeln bzw. getrennt voneinander angeordnet sind und mindestens eines der beiden stirnseitig im Verteilerrohr (7) befindlichen Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente (10) zusätzlich als Strörrungsverteilerverschluß (14) angeordnet ist.

2. Strrmungsverteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden stirnseitig im Verteilerrohr (7) befindlichen Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente (10) zusätzlich als Strömungsverteilerverschlüsse (14) angeordnet sind.

3. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente (10) aus elastischen Dichtwerkstoffen bestehen.

4. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente (10) teilweise aus elastischen Dichtwerktstoffen bestehen.