DE1501531A1

DE1501531A1 - Waermeaustauscherrohr und Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1501531A1
Application number: DE19651501531
Authority: DE
Inventors: Gerth Dipl-Ing Dieter
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1965-09-22
Filing date: 1965-09-22
Publication date: 1969-09-11
Also published as: FR1499286A; GB1145513A; DE1501531B2; SE358464B; BE686448A; NL6611081A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscherrohre aus ineinander eingesetzten, untereinander über gut wärmeleitende Brücken in Kontakt stehenden Rohren und auf Wärmeaustauscher mit einem Heizwasserumlauf und einem Brauchwasserumlauf, wobei einer der Umläufe in einem solchen Wärmeaustauscherrohr verläuft, und befaßt sich insbesondere damit, solche Wärmeaustauscherrohre und solche Wärmeaustauscher so zu gestalten, daß Lecks in den Rohren automatisch angezeigt werden können.

Es sind Wärmeaustauscherrohre aus zwei ineinandergesetzten Rohren, die untereinander über gut wärmeleitende Brücken in Kontakt stehen, bekannt. So ist beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 094 775, Kl. 17f, 20/03, bekannt, ein Wärmeaustauscherrohr aus einem in ein glattes Außenrohr eingepaßten schraubenförmig gewellten Wellrohr herzustellen. Die gut wärmeleitenden Brücken werden in diesem Fall durch die an dem glatten Rohr anliegende Außenwölbung des Wellrohres dargestellt.

Es sind weiterhin Wärmeaustauscher mit einem Brauchwasserumlauf und einem Heizwasserumlauf beispielsweise in der Haustechnik bekannt, in denen einer der Umläufe in einem Wärmeaustauscherrohr verläuft. Solche Wärmeaustauscher werden z.B. zum Erhitzen von Brauchwasser, d.h. auch von Trinkwasser benutzt.

Bei solchen Wärmeaustauschern zur Erhitzung von Brauchwasser und insbesondere von Trinkwasser besteht eine große Gefahrenquelle darin, daß die Wärmeaustauscherrohre leck werden und somit das häufig mit Chemiekalien, wie z.B. Korrosionsschutzmitteln versetzte Heizwasser in das Brauchwasser eintritt, ohne daß dies rechtzeitig erkannt werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung wird diese Gefahr sehr erheblich verringert und durch besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrohr sogar ganz beseitigt.

Dies wird dadurch erreicht, daß bei Wärmeaustauscherrohren aus ineinandergesetzten, untereinander über gut wärmeleitende Brücken in Kontakt stehenden Rohren die Zwischenräume zwischen den Rohren für sich ein abgeschlossenes System bilden und mit einem Medium zur Anzeige von Lecks gefüllt sind. Die Zwischenräume können dabei mit einer Kontrolleinrichtung verbunden sein, die auf eine kontinuierliche Druck- oder Niveauänderung des Mediums über das durch die Wärmeausdehnung gegebene Maß hinaus reagiert, oder das Medium kann intensiv färbend sein, so daß sich ein Leck durch Färbung des Brauchwassers anzeigt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 - 6 Längsschnitte von erfindungsgemäßen Ausgestaltungen von Wärmeaustauscherrohren und

Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher teilweise im Längsschnitt.

Das Wärmeaustauscherrohr in Figur 1 besteht in an sich bekannter Weise aus einem äußeren glatten Rohr 1 und einem darin eingepaßten schraubenförmig gewellten Wellrohr 2, daß mit seiner äußeren Wölbung 3 an der Innenseite des Rohres 1 anliegt. Durch die schraubenförmige Wellung des Wellrohres 2 entsteht somit ein schraubenförmig verlaufender Zwischenraum 4 zwischen dem glatten Rohr 1 und dem Wellrohr 2, der mit einem

Medium zur Leckanzeige gefüllt wird. Die Leckanzeige kann dabei, wie später anhand der Figur 7 erläutert wird, durchgeführt werden, indem eine Anzeige des Druck- oder Niveauanstiegs oder -abfalls des Mediums durchgeführt wird, oder indem ein intensiv färbendes Medium gewählt wird. Das Medium kann dabei zur Verbesserung des Wärmeübergangs gut wärmeleitend und zugleich korrosionshemmend sein.

Entsteht nun durch Korrosion oder eine andere Beanspruchung des Materials im Rohr 1 oder im Wellrohr 2 ein Durchtritt außerhalb der Berührungsstellen der äußeren Wölbung 3 des Wellrohres 2 mit dem Rohr 1, so tritt aufgrund der fast immer herrschenden Druckunterschiede zwischen Medium und Innenraum des Wellrohres und zwischen Medium und außerhalb des Rohres 1 liegendem Raum das Medium aus dem Zwischenraum 4 aus oder es tritt Heiz- oder Brauchwasser in ihn ein. Selbst wenn keine Druckunterschiede herrschen würden, würde ein solcher Austritt oder Eintritt durch Duffusion auftreten.

Das in Figur 2 gezeigte Wärmeaustauscherrohr hat einen ähnlichen Aufbau wie das in Figur 1 gezeigte. Hier ist lediglich innen ein glattes Rohr 5 und außen ein schraubenförmig gewelltes Wellrohr 6 angeordnet. Die Wahl zwischen diesem Wärmaustauscherrohr und dem nach Figur 1 kann entsprechend den herrschenden Gegebenheiten getroffen werden. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, das mit Korrosionsschutzmittel versehene Heizwasser mit dem Wellrohr in Berührung zu bringen.

Wenn die Wärmeabgabe oder -aufnahme an der Innen- und Außenseite des Wärmeaustauscherrohres durch vergrößerte Oberflächen verbessert werden soll, wählt man praktischerweise ein in Figur 3 gezeigtes Wärmeaustauscherrohr. Dies besteht aus einem inneren schraubenförmig gewellten Wellrohr 7 und einem äußeren in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung schraubenförmig gewellten demgegenüber so versetzt angeordneten

Wellrohr 8, daß dessen Innenwölbung 9 mit der Außenwölbung 10 des inneren Wellrohres 7 in Kontakt steht. Durch diese Anordnung wird außerdem erreicht, daß die Berührungsflächen zwischen den Rohren geringer werden. Somit wird zugleich die Gefahr vermindert, daß an den Berührungsstellen ein Leck entsteht, das nicht angezeigt wird.

Anstatt vorteilhafterweise zur Erreichung eines gleichmäßigen guten Wärmeübergangs zwischen den Wellrohren 7 und 8, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die Wellung dieser beiden Wellrohre in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung zu wählen, können die beiden Wellrohre auch in verschiedener Richtung schraubenförmig gewellt sein. Ebenso kann auch die Steigung dieser Wellung verschieden sein. Wenn solche Rohre ineinandergeschoben werden, entsteht auch in jedem Falle der wichtige zusammenhängende Zwischenraum zwischen den beiden Wellrohren.

Während die in Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausgestaltungen von Wärmeaustauscherrohren deren Sicherheit in Bezug auf ein unbemerkt auftretendes Leck in sehr hohem Maße erhöhen, werden in Fig. 4 bis 6 Wärmeaustauscherrohre gezeigt, bei denen mit absoluter Sicherheit jedes auftretende Leck angezeigt werden kann.

Das Wärmeaustauscherrohr in Fig. 4 besteht aus zwei ineinandergeschobenen Wellrohren 11 und 12, die in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung schraubenförmig gewellt und in gleicher Phase der Wellung, d.h. Innenwölbung des Wellrohres 11 unter Innenwölbung des Wellrohres 12, angeordnet sind, und aus einem zwischen diesen liegenden und mit ihnen in Kontakt stehenden glatten Rohr 13. Dabei entsteht ein Zwischenraum 14 zwischen dem Wellrohr 11 und dem glatten Rohr 13 und ein Zwischenraum 15 zwischen dem Wellrohr 12 und dem glatten Rohr 13. Beide Zwischenräume 14 und 15 werden hierbei mit dem Medium zur Leckanzeige gefüllt. Da die Wellrohre 11 und 12 in gleicher Phase der Wellung zueinander angeordnet sind, berühren sie das glatte Rohr 13 niemals beide an der gleichen Stelle, so daß auch ein Leck, das an den Berührungsstellen eines der Wellrohre 11 oder 12 mit dem glatten Rohr 13 auftritt, angezeigt werden kann, da an einer solchen Stelle zu dem jeweils anderen Wellrohr hin ein mit Medium gefüllter Zwischenraum ist. Somit kann jedes Leck, das irgendwo in dem gesamten Wärmeaustauscherrohr auftritt, mit Sicherheit durch das Medium angezeigt werden.

Das in Fig. 5 gezeigte Wärmeaustauscherrohr hat einen ähnlichen Aufbau. Bei ihm ist ein schraubenförmig gewelltes Wellrohr 16 zwischen zwei glatten Rohren 17 und 18 mit Kontakt zu ihnen angeordnet. Die beiden Zwischenräume zwischen den drei Rohren sind wiederum mit dem Medium gefüllt, so daß hier jedes nur irgendwo entstehende Leck angezeigt werden kann.

Das gleiche gilt für die in Fig. 6 gezeigte Anordnung, in der zwei in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung schraubenförmig gewellte Wellrohre 19 und 20 dergestalt zueinander versetzt ineinandergeschoben sind, daß die Innenwölbung des Wellrohres 19 immer mit der Außenwölbung des Wellrohres 20 in Kontakt steht. In das innere Wellrohr 20 ist dabei ein glattes Rohr 21 mit Kontakt eingesetzt. Genau so gut könnte das glatte Rohr aber auch über das Wellrohr 19 geschoben sein. Außerdem könnten die Wellrohre 19 und 20 auch in verschiedener Richtung oder mit verschiedener Steigung schraubenförmig gewellt sein. Auch in diesem Fall entständen zusammenhängende Zwischenräume zwischen den drei Rohren, und es würde nirgends eine feste gradlinig durchgehende Verbindung vom äußersten Rohr zum innersten Rohr ohne dazwischenliegenden mit Medium gefüllten Zwischenraum entstehen.

Welches der in Fig. 4 bis 6 gezeigten Wärmeaustauscherrohre am vorteilhaftesten gewählt wird, hängt wiederum von den Anwendungsgegebenheiten ab. Sie können alle mit großem Vorteil in Wärmeaustauschern und insbesondere in solchen zur Brauchwassererhitzung verwendet werden.

Ein Beispiel eines Wärmeaustauschers zur Brauchwassererhitzung, in dem die erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrohre vorteilhaft verwendet werden können, ist in Fig. 7 dargestellt. Bei ihm tritt in einen Behälter 22 durch die Öffnung 23 Heizwasser ein, das durch die Öffnung 24 wieder austritt, und erwärmt dabei das bei 25 in ein Wärmeaustauscherrohr 26 eintretende und bei 27 wieder aus ihm heraustretende Brauchwasser. Das hier gezeigte Wärmeaustauscherrohr ist von der Form des in Fig. 5 gezeigten. Dabei sind an dem einen Ende des Wärmeaustauscherrohres 26 bei 25 die Zwischenräume zwischen den beiden glatten Rohren 17 und 18 und dem Wellrohr 16 fest verschlossen, während an dem anderen Ende bei 27 beide Zwischenräume über eine Steigleitung 28 mit einer schematisch gezeigten Kontrolleinrichtung 29 verbunden sind, die auf einen kontinuierlichen Druck- oder Niveauanstieg oder -abfall des Mediums in den Zwischenräumen über das durch die Wärmeausdehnung gegebene Maß hinaus reagiert und beispielsweise eine Alarmvorrichtung auslösen oder über ein Ventil den Brauchwasserumlauf stoppen kann.

Tritt beispielsweise von der Heizwasserseite oder von der Brauchwasserseite aus ein Leck in dem Wärmeaustauscherrohr 26 auf, so tritt aufgrund des normalerweise höheren Drucks, unter dem Heizwasser und auch Brauchwasser stehen, Wasser in die Zwischenräume ein und verdrängt das Medium daraus, das aus einer geeigneten, beispielsweise korrosionsschützenden Flüssigkeit oder aus Gas, beispielsweise Luft, bestehen kann. Dadurch steigt der Druck bzw. das Niveau des Mediums in der Steigleitung 28 bzw. in der Kontrolleinrichtung 29. Wird als Medium ein Gas verwendet, kann diese beispielsweise auf Wassereintritt reagieren, da dann das Heiz- oder Brauchwasser nach Verdrängung des Gases in sie eintreten kann.

Auch wenn der Druck des Heizwassers und des Brauchwassers niedriger sein sollte als der Druck des Mediums, kann die Kontrolleinrichtung 29 reagieren, da dann das Medium aus den Zwischenräumen austreten würde und somit sein Druck bzw. sein Niveau sinken würde. Es ist lediglich wichtig, einen Druckunterschied zwischen Medium einerseits und Heiz- und Brauchwasser andererseits zu haben. Dies ist bei geeigneter Anordnung, beispielsweise durch einen bestimmten Druck, der dem Medium erteilt wird, aber immer zu erreichen. Aber selbst bei Druckgleichheit würde eine Druck- oder Niveauänderung des Mediums aufgrund eines Diffusionsvorganges stattfinden, wenn das Medium einerseits und das Heiz- und Brauchwasser andererseits eine verschiedene Zusammensetzung haben.

In Fig. 7 ist das Wärmeaustauscherrohr 26 spiralförmig aufgewickelt, und es wird zum Heizen Heizwasser verwendet, das frei durch den Behälter 22 strömt. Es versteht sich, daß der Heizwasserumlauf auch statt des Brauchwasserumlaufes durch das Wärmeaustauscherrohr 26, das nach irgendeiner der Figuren 1 bis 6 ausgestaltet sein kann, verlaufen kann, und daß statt Heizwasser auch Dampf oder irgendein geeigneter Stoff verwendet werden kann. Ebenso könnte das Wärmeaustauscherrohr 26 zur Vermeidung seiner Biegeverformung bei der Herstellung statt aus einer Spirale aus mehreren geradlinigen Stücken bestehen, die geeignet in dem Behälter 22 angeordnet sind. Dabei müßten lediglich immer die Zwischenräume der einzelnen Stücke zu einem geschlossenen System verbunden werden.

Claims

1. Wärmeaustauscherrohr aus ineinander eingesetzten, untereinander über gut wärmeleitende Brücken in Kontakt stehenden Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (4, 14, 15) zwischen den durch die Brücken verbundenen Rohren für sich ein abgeschlossenes System bilden und mit einem Medium zur Anzeige von Lecks in den Rohren gefüllt und mit einer Kontrolleinrichtung (29) verbunden sind, die auf eine kontinuierliche Druck- oder Niveauänderung des Mediums über das durch die Wärmeausdehnung gegebene Maß hinaus reagiert.

2. Wärmeaustauscherrohr aus ineinander eingesetzten, untereinander über gut wärmeleitende Brücken in Kontakt stehenden Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden der Rohre fest verschlossenen Zwischenräume (4, 14, 15) zwischen den durch die Brücken verbundenen Rohren mit einem intensiv färbenden Medium zur Anzeige von Lecks in den Rohren gefüllt sind.

3. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Rohre ineinandergesetzt sind und über die Brücken dergestalt untereinander in Kontakt stehen, daß an den Stellen einer Brücke zwischen zwei aneinandergrenzenden Rohren zum dritten Rohr hin immer ein mit dem Medium gefüllter freier Raum ist.

4. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus einem glatten äußeren Rohr (1) und einem in dieses eingesetzten und mit diesem in Kontakt stehenden schraubenförmig gewellten Wellrohr (2) bestehen.

5. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus einem äußeren schraubenförmig gewellten Wellrohr (6) und einem in dieses eingesetzten und mit diesem in Kontakt stehenden glatten inneren Rohr (5) bestehen.

6. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus zwei ineinandergesetzten, miteinander in Kontakt stehenden schraubenförmig gewellten Wellrohren (7 und 8) bestehen.

7. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrohre (7 und 8) in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung schraubenförmig gewellt und dergestalt zueinander versetzt angeordnet sind, daß die Innenwölbung des äußeren Wellrohres (8) mit der Außenwölbung des inneren Wellrohres (7) in Kontakt steht.

8. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus zwei ineinander gesetzten in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung schraubenförmig gewellten und in gleicher Phase der Wellung zueinander angeordneten Wellrohren (11 und 12) und einem zwischen diesen liegenden und mit beiden in Kontakt stehenden glatten Rohr (13) bestehen, dergestalt, daß an der schraubenförmigen Berührungsfläche des einen Wellrohres mit dem mittleren glatten Rohr das andere Wellrohr dieses nicht berührt.

9. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus zwei ineinandergesetzten glatten Rohren (17 und 18) und einem zwischen ihnen angeordneten, mit ihnen in Kontakt stehenden schraubenförmig gewellten Wellrohr (16) bestehen.

10. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus zwei ineinandergesetzten, in verschiedener Richtung oder mit verschiedener Steigung schraubenförmig gewellten Wellrohren und einem dritten glatten Rohr bestehen, das in die beiden Wellrohre hinein oder über sie geschoben ist, wobei die aneinandergrenzenden Rohre miteinander in Kontakt stehen.

11. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus zwei ineinandergesetzten, in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung schraubenförmig gewellten, dergestalt zueinander versetzt angeordneten Wellrohren (19 und 20), daß die Innenwölbung des einen Wellrohres immer mit der Außenwölbung des anderen Wellrohres in Kontakt steht, und einem dritten glatten Rohr (21) bestehen, das mit Kontakt zu dem angrenzenden Wellrohr (19 oder 20) in die beiden Wellrohre (19 und 20) hinein oder über sie geschoben ist.

12. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium flüssig und korrosionshemmend ist.

13. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1 und 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium gasförmig ist.

14. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (29) auf in sie eintretende Flüssigkeit reagiert.

15. Wärmeaustauscher mit einem Heizwasserumlauf und einem Brauchwasserumlauf, wobei einer der Umläufe in einem Wärmeaustauscherrohr verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.