DE1454697A1

DE1454697A1 - Durchlaufwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE1454697A1
Application number: DE19631454697
Authority: DE
Inventors: Holger Knudsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-04-30
Filing date: 1963-04-27
Publication date: 1969-02-13
Also published as: GB1008689A; DK113524B; SE311217B

Description

Es sind Durchlaufwärmeaustauscher bekannt, bei denen das wärmeabgebende Medium durch ein Rohrsystem und -das wärme= aufnehmende Medium durch einen das Rohrsystem umschließen= den Behälter strömen. Diese bekannten Wärmeaustauscher sind teuer in der Herstellung und haben infolge ihrer klei= nen Wärmeübergangszahl eine im Verhältnis zu ihrer Größe geringe Leistung.

Es aind auch Durchlaufwärmeaustauscher bekannt geworden. bei denen das wärmeabgebende Medium durch ein Schlangenrohr und das wärmeaufnehmende Medium durch einen ebenfalls schlan= genförmigen Kanal mit rechteckigem Querschnitt strömen. Die= se Wärmeaustauscher weisen bei geringfügig größerer Wärme= Übergangszahl dieselben Nachteile wie die zuerst genannten Wärmeaustauscher auf.

Bei einer anderen Art von DurchlaufWärmeaustauschern fließt das wärmeabgebende Medium in einem Rohr, da« von einem zwei= ten, im wesentlichen gerade verlaufenden Rohr zum Durchfluß dee wärmeaufnehmenden Mediums umgeben ist. Dieser Wärmeaus=

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tauscher hat zwar eine große Wärmeübergangszahl, weist je= doch den Nachteil auf, daß er im Verhältnis sii seiner Lei = stung sehr viel Raum beansprucht, so daß er in der Herstellung teuer ist und den räumlichen Gegebenheiten nur schwer angepaßt werden kann.

Allen genannten Xi/ü Durchlaufwärmeaustauschern haftet der weitere Nachteil an, daß sie nur sehr schwer thermostatisch zu regeln sind. Die Auslauftemperatur des erwärmten Mediums unterliegt wegen der zu großen Zeitverzögerung zwischen der therraostatischen Registrierung der Temperaturschwankungen in der Auslaufleitung des erwärmten Mediums und der darauf folgenden Einwirkung des Thermostats auf den Durchfluß des wärmeabgebenden Mediums Schwankungen, insbesondere zu Beginn und Ende der Entnahme des erwärmten Mediums.

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufwärmeaustauscher, bei dem das wärmeabgebende und das wärmeaufnehmende Medium ganz oder teilweise zwei einander umschließende Rohre (Schläuche) durchströmen und bei dem die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden sind.

Die Erfindung besteht darin, daß das von den beiden sich Um= schließenden Rohren gebildete Doppelrohr des Wärmeaustau=

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schers zu einer Spirale mit eng aneinanderliegenden Windun= gen gebogen und in einem nach außen dichten Behälter angeordnet sind .

Auf diese Weise wird eine gute Wärmeübertragung vom wärme= abgebenden zum wärmeaufnehmenden Mediuma erzielt, da sich an der Trennwand zwischen wärmeabgebendem und wärmeaufnehmendem Medium, d.h. an der Wand des inneren Rohres des Doppelrohres nur sehr dünne Turbulenzschi eilten ausbilden können, die auf dei gesamten Länge des Doppolrohres sowie an der Peripherie des ganzes Rohres die gleiche geringe btärke aufweisen.

Durch die Anordnung der Doppelspirale in einem nach außen dichten Behälter können "kleine Lecke an der inneren Rohr= führung vernachlässigt werden, so daß eine Massenfertigung ohne besondere Dichtigkeitskontrolle möglich wird. Ks muß Ie= diglich darauf geachtet werden, daß eich das wärraeabgecende und das wärmeaufnehmende Medium nicht gegenseitig verunrei= nigen können.

Der Wärmeaustauscher gemäß Erfindung ist zweckmäßig so ge= staltet, daß das Doppelrohr im wesentlichen eine vorzugswei= se koaxial in der Trommel des Behälters angeordnete Spirale bildet.

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auf diese Weise wird eine preiswerte und genaue Herstellung des Doppelrohres in einer Raumkurvenform und eine auerei= chend große Heizfläche bei geringem Platzbedarf erreicht, wenn z.B. das gebogene Doppelrohr, als ob es nur ein Rohr sei, durch Biegen zweier gerader und ineinander angeord= neter Rohre, hergestellt wird. Vor dem Biegen ragt zweck= mäßig das eine Ende oder ragen beide Enden des inneren Roh= res um ein geringes aus dem äußeren Rohr hervor. Nach dem Biegen können die Rohre, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Wärmebehandlung, dadurch zu ihrem ursprünglichen kreis= förmigen Querschnitt gerichtet werden, daß sie einem innren Überdruck ausgesetzt werden. In der Regel ist ein derartiges Richten jedoch lediglich für das äußere Rohr erforderlich.

Durch Verwendung eines biegsamen nachgiebigen Materials zur Herstellung des einen, vorzugsweise des.äußeren Rohres er= gibt sich eine wesentliche Vereinfachung in der Herstellung des Doppelrohres, da die zum Biegen des Doppelrohres erfor= derliche Kraft geringer sein kann und die Gefafcfc der Ab= plattung und der Rißbildung des äußeren Rohres vermindert ist. Darüberhinaus wird die Reinigung beider Rohre von Kes= selsteinansätzen wesentlich vereinfacht.

Ist das Doppelrohr im wesentlichen schraubenförmig au^c je=

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bildet» so kann es sum Zwecke der Reinigung oder Reparatur durch einfaches Herausdrehen dea inneren Rohrea in svei einseine Rohre getrennt werden» was im falle der Yerwen* dung eines steifen Materials fUr beide eine in der Praxis schwer erslelbsre Precision bei der Herstellung der Schraubenform erfordern würde· Aufbau und Zerlegung des Auatau* schers können ohne Metallbearbeitung, d.h. von angelern« ten Arbeitern» erfolgen»

üb bei eins« derartigen DurchlaufwMraeauetauecner die Yer** wendung eines biegsamen, oft nur begrenzt wärmebeständigen und nur alt einem verhältniamäSig geringen inneren Über«· druck belastbaren Aulenrohr·· aus beispielsweise Polyähylen oder Polyvinylchlorid su ermöglichen, ist die Anordnung vorteilhaft so getroffen, defl das väraeabgebende Medium das inner·, sub einem druck- und wärmebeständigen Materiel mit gutem Wärmeleitvermögen bestehende Rohr durchströmt, uss wirmesufnshmende Medium durchfliest dann daa äußere, biegsam· und nachgiebige Rohr, wobei der Hohlraum des Mus* seren Rohres mit dem Innenraum des umschlieSenden Behälters freie Yerblndung hat.

Der Burchlaufwärmeaustauscber gtaäfl Erfindung ist vorteil» heft so susgebildet, X dafl die Verbindung «wischen dem Xus«

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seren Rohr und dem Behälter als Auslauf für das erwärmte Medium dient. Der Behälterraum steht in diesem falls mit der Auslaufleitung des erwärmten Mediums in direkter Ver= bindung.

Hierdurch v/ird eine gewisse Selbstreinigung von dem in 3?orm von Scaälehen oder als Schlamm von dem äußeren Rohr ausge= schiedenen Kesselstein erzielt. Der Behälterraum dient gleichzeitig als Schlammspeicher, ohne daß dadurch das War= meüoertragungsvermögen des Wärmeaustauschers beeinflußt wird. Das aus Kunststoff hergestellte Außenrohr weist einen gros= sen Wärmeausdehnungskoeffizient auf, wodurch der Aufbau fester Kesselsteinschichten am Rohr in größerem Ausmaß verhindert wird.

Eine Rierniostatregelung mit einer sehr schnellen Temperatur= reaktion wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß ein Teil des inneren Rohres dicht an dem Fühlerorgan des Thermosta= ten vorbei-, vorzugsweise um das Fühlerorgan des Thermostä= ten herumgeführt wird und gleichzeitig die im Behälter Ie= gende Auslauföffnung des das erwärmte Medium führenden äußeren Rohres oder die Eintrittsöffnung für das von außen in den Behälterraum strömende kalte Medium gegen das S⁵Uh= lerorgan gerichtet ist. Eine für alle praktischen Verhält=

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niese Btabile Temperaturregelung wird erfindungsgemäß bei einem thermostatgeregelten Wärmeaustauscher der vorbeschrie= benen Art dadurch erzielt, daß der Auslauf aus dem äußeren Rohr in den Behälterraum so gerichtet ist, daß das austre= tende erwärmte Medium - zumindest ein Teil - zwischen dem FUhlerorgan und dem das Fühlerorgan umschließenden Teil des inneren Rohrs hindurchströmt.

Die große Arbeitsgenauigkeit des Thermostaten wird einer= seits dadurch erzielt, daß das erwärmte Medium an dem wärme= abgebenden Medium und dem Thermostatfühler immer in der= selben Richtung vorbeiströmt und andererseits dadurch, daß das erwärmte Medium vor dem Ausströmen gegen das Fühler= organ und das das Fühlerorgan umschließende Rohrstück des inneren Rohres schon die Kesselstein "bildenden Stoffe abge= setzt hat.

Der Wärmeaustauscher gemäß Erfindung kann als Warmwasser= bereiter verwendet werden. Er kann aber auch ohne grund= sätzliche Änderungen als Kondensator (Dampf im inneren Rohr), (oder beide Rohre wärmebeständig), als Brinekühler (wänneauf= nehmendes Medium, d.h. Kühlmedium in inneren Rohr) dienern. Ebenso kann der Wärmeaustauscher gemäß Erfindung mit einer elektrischen c^r einer Dampfbeheizung im inneren Rohr ver= sehen sein.

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Der Wärmeaustauscher gemäß Erfindung kann in gleicher Weise nach dem Gegenstrom- und dem Gleichstromprinzip betrieben werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand zweier Ausfüh= rungsbeispiele erläutert.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Rohrstutzen bezeichnet, durch den das kalte Verbrauchswasser in einen Behälter 11 einströmt, der eine Rohrspirale aus zwei ineinander angeordneten Roh= ren 9 und 10 wasserdicht umschließt.

Das Verbrauchswasser strömt an dem offenen Ende 6 des äuß= seifen Rohres 10 aus dem Wasserraum des Behälters in das äußere Rohr ein. Für den Fall, daß das äußere Rohr von einem Kunststoffschlauch gebildet wird, ist der Rand 6 vor= *eilhaft verstärkt, da andernfalls der Sehlauch von dem einströmenden Verbrauchswasser zusammengedruckt und ge= sperrt werden könnte. Von dem Rand 6 strömt das Verbrauchs= wasser durch das das innere Rohr 9 umschließende Rohr 10. Das innere Rohr 9 besteht vorteilhaft aus Kupfer, das ein besonders guter Wärmeleiter ist und gleichzeitig gute aie= chanische Festigkeitseigenschaften aufweist.

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Da das äußere Rohr 10 mit dem Wasserraum des Behälters 11 in offener Verbindung steht, wird das Rohr 10 nur durch den für die Strömung des Verbrauchswassers erforderlichen Treib= druck belastet.

Nach Durchströmen der ganzen länge des spiralförmigen Dop= pelrohres verläßt das erwärmte Verbrauchswasser den Warm= wasserbereiter durch den Zweig 2 eines T-Stückes, dessen an= derer Zweig 3 die Eintrittsöffnung für das wärmeabgebende Medium bildet, das Heißwasser (in der Regel 70° - 90° even= tuell 95° C), überhitztes Wasser (oft 105° - 110° G), Dampf oder ein elektrisches Heizelement sein kann. Falls über= hitztes Wasser oder Dampf mit Drucken über 1 kg/cm2 verwen= det wird, muß das äußere Rohr aus einem Material mit höherer Wärmebeständigkeit als gewöhnliches Polyvinylchlorid herge= stellt sein und/oder es müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um eine direkte Wärmeübertragung vom Innenrohr zum Außenrohr zu verhindern.

Das Außenrohr ( der Schlauch ) 10 wird von einem Schlauchbin= der 41 an dem T-Stück gehalten.

Oberhalb des Randes 6 ist das innere Rohr 9 abgebogen und in einer achmalen Schraubenwicklung 5 um ein stabförmiges

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Thermostatfühlerorgan 7 geführt, das mittels einer schraübung 42 im Behälter befestigt ist. Von der Versehrau= bung 42 aus führt ein Kapillarrohr 12 zu einem am Auslauf 4 des wärmeabgebenden Mediums angeordneten Regelventil 8.

In H¹Ig. 2 ist eine andere Ausfuhrungsform eines erfindungs= gemäß ausgebildeten Warmwasserbereiters wiedergegeben. Das wärmeabgebende Medium durchströmt - von einem Regelventil 38 geregelt - einen Eingangsstutzen 40, ein Verbindungs= stück 34 und einen um ein Thermostatfühlerorgan 17 geführ= ten schraubenförmigen Teil 16. Von hier aus wird das wärme= abgebende Medium durch ein Verbindungsstuck 18 und ein Übergangsstück 28 zu einem schraubenförmig ausgebildeten Eolarschlauch mrt derselben Benennung geleitet und verläßt den Behälter durch den Auslaufstutzen 37·

Das Yerbrauehswasser wird durch einen Rohrstutzen 19 und ein Yerbindungsrohr 23 zu einem T-Stück 26 und von hierä aus durch ein Rohr 27 geführt, welches mit einem Schlauchbinder 24 an dem T-Stück 26 befestigt ist. Das Verbrauchswasser strömt anschließend durch einen ebenfalls mit 27 bezeich= neten schraubenförmigen Rohrschlauch, durch ein mit einem Schlauchbinder 13 an einem T-Stück 14 befestigtes Verbin= dungsstück 15 und einen trichterförmigen Bogen 35, dessen

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weite Mündung mit Spiel das untere Ende des stabförmigen Fühlerorgans 17 umschließt und das Verbrauchswasser in einem kräftigen Strom zwischen das schraubenförmig gebogene Rohr= stück 16 und das F$hlerorgan 17 in den Wasserraum des um= schließenden Behälterd hinaussendet. Das erwärmte Verbrauchs= wasser wird dem Behälter durch einen Rohrstutzen 20 entnom= men.

Durch Abschrauben einer Verschlußkappe 36 am Boden des Be= hälters kann der Behälter von Wasser und Schlamm entleert werden.

Wird dem Behälter warmes oder heißes Wasser entnommen, so strömt frisches Verbrauchswasser zwischen dem Fühlerorgan 17 und dem Schraubenrohr 16 hindurch in den Behälter ein und da das Rohr 16 in einem gewissen (zwar kleinen) Abstand um das Fühlerorgan angeordnet ist, wird das Fühlerorgan zu= nächst die Temperatur des vorbeiströmenden Verbrauchswassers aufnehmen und das Regelventil 38 ohne Zeitverzögerung diese Temperatur entsprechend auf einen bestimmten Heizmittelzu= lauf einstellen.

Wird die Entnahme von heißem Wasser eingestellt, wird eben=' lit falls der an ^m Thermostatfühlerorgan 17 vorbeiführende

Verbrauehswasserstrom unterbrochen, so daß die von der Rohrsch_:aube 16 herkommende Wärme unmittelbar zum Fühler= organ 17 durchschlägt, wodurch ein sofortiges Schließen des Regelventils 38 bewirkt wird. Ein Öffnen des Yentils 38 und Einströmen frischen Heizwassers erfolgt danach Ie= aiglich zum Ausgleich der durch die Oberfläche des Behäl= ters 21/22, das Isoliermaterial 33 und die Plattenmäntel 30 - 32 nach außen abgegebenen Wärme.

Nach erneutem Öffnen des Zapfhahnes zur Entnahme von heißem Verbrauchswasser wird wiederum ein Verbrauchswasserstrom an dem Thermostatfühlerorgan 17 vorbeigeführt, das dann wiederum entsprechend der Temperatur de^s in den Behälter= raum einströmenden Verbrauchswassers auf das Regelventil 38 einwirkt.

Der beschriebene Warmwasserbereiter ist insbesondere zur Verwendung in gewöhnlichen Heißwasser-Fernheizanlagen be= stimmt, er kann aber auch - wie vorstehend erwähnt - in Verbindung mit Dampfanlagen oder mit elektrischer Behe_ -ung verwendet werden. Bei Übergang zu einer anderen Beheizungs=ä art sind einige geringfügige Konstruktionsänderungen erfcr = derlich. Die Grundkonstruktion, mit der eine sehr schnelle

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Teraperaturrealiti on bewirkt und die Verwendung eines Kunst= stoffSchlauches od.dgl. als Leitung für das Verbrauchs= wasser ermöglicht wird, bleibt grundsätzlich-jedoch unver= ändert.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Vij). Durchlaufwärmeaustauscher zur Heißwasserberei"lung, Toteste= hend aus einem geschlossenen Behälter, in dem ein Doppelrohr aus zwei ineinanderliegenden Rohren, von denen das innere der Führung des Heizmediums und das äußere der Führung des G-ebrauchswassers dienen, zu einer Rohrwendel mit eng anein= anderliegenden Windungen gebogen ist, dadurch gekennzeichnet^ daß die äußere Rohrwendel (6,27) in an sich "bekannter Weise eine Verbindung zum Innenraum des Behälters (11,32) auf= weist und am Behälter (11,32) ein in den Behälterinnenraum führender Anschluß (1,20) zur Zu- bzw.Abführung des Ge= braucbawassers vorgesehen ist.
2). Burchlaufwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn= zeichnet, daß ein Teil der inneren Rohrwendel (5,16) dicht an dem Fühlerorgan (7,17) eines Thermostaten vorbei-, vor= zugsweise um das Fühlerorgan des Thermostaten herumgeführt ist und gleichzeitig die im Behälter liegende Auslauföffnung (35) der das erwärmte Medium führenden äußeren Rohrwendel (32) oder die Eintrittsöffnung (1) für das von außen in den Behälterraum strömende kalte Medium gegen das Fühlerorgan (7,17) gerichtet ist.

Unterlagen (Art. 7 $ 1 Abs, 2 Nr. I Sau 3 des Änderunesgea. _v. 4.9.19JEl

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3)· Durchlaufwärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslauföffnung der äußeren Rohrwen= del (15,35) achsgleich mit dem Fühlerorgan (17) in dessen Nähe mündet.

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