DE19628773A1 - Heat exchanger for hot water preparation - Google Patents
Heat exchanger for hot water preparationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Brauchwas serbereitung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger for domestic water preparation according to the features in the preamble of the claim 1.
Durch die EP 0 178 351 B1 zählt ein Wärmetauscher zur Be reitstellung von Brauchwasser zum Stand der Technik. Hier ist eine Rohrwendel, durch die das Brauchwasser geführt wird, in einem zylindrischen Behälter um einen inneren Einsatz ange ordnet, wobei die Rohrwendel zwischen dem Einsatz und der Be hälterwandung eingebracht ist. Das Heizwasser fließt durch den Behälter. Durch den Kontakt mit der Rohrwendel findet die Übertragung der Wärmeenergie auf das Brauchwasser statt.EP 0 178 351 B1 includes a heat exchanger Provision of industrial water to the state of the art. Here is a pipe coil through which the process water is led in a cylindrical container around an inner insert arranges, the coiled tubing between the insert and the loading container wall is introduced. The heating water flows through the container. Through contact with the coiled tube, the Transfer of thermal energy to the domestic water instead.
Bei der Auslegung eines Wärmetauschers ist man grundsätzlich bestrebt, eine möglichst hohe Tauscherleistung bei anwen dungstechnisch sinnvollem Bauvolumen zu erreichen. Dem be kannten Wärmetauscher haftet hier jedoch der Nachteil an, daß zur Erreichung einer geforderten Tauscherleistung, und zwar unter Berücksichtigung einer vertretbaren Behälterlänge, der Durchmesser der Rohrwendel entsprechend groß bemessen werden muß. Dies führt insgesamt zu einer vergleichsweise großen Rohrlänge. Bedingt durch den dann größeren Ringquerschnitt der Rohrwendel ergibt sich auch eine geringere Strömungsge schwindigkeit, was zu einem schlechten Wärmeübergang führt. When designing a heat exchanger you are fundamentally endeavors to achieve the highest possible exchanger performance with users to achieve manure-wise construction volume. The be Known heat exchanger, however, has the disadvantage that to achieve a required exchange performance, namely taking into account a reasonable container length, the The diameter of the coiled tubing must be dimensioned accordingly large got to. Overall, this leads to a comparatively large one Pipe length. Due to the larger ring cross section the coiled tube also results in a lower flow rate dizziness, which leads to poor heat transfer.
Nachteilig ist weiterhin, daß das Heizwasser den Behälter vom Eintritt zum Austritt hin nur gleichlaufend in Längsrichtung durchströmt. Der Wärmeaustausch kann so nur während eines vergleichsweise kurzen Zeitraums stattfinden.Another disadvantage is that the heating water from the container Entry to exit only in the same direction in the longitudinal direction flows through. The heat exchange can only take place during one take place in a comparatively short period of time.
Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei anwendungstechnisch günstigem Bauvolumen einen verbesserten Wärmeaustausch gewährleistet und damit energiesparend arbei tet.The invention is therefore based on the prior art Task to create a heat exchanger that at an application volume that is favorable in terms of application technology Guaranteed heat exchange and therefore energy saving tet.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkma len.According to the invention, this object is achieved in the Merkma listed in the characterizing part of claim 1 len.
Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, die Rohrwendel in einer umfangsseitig des Einsatzes verlaufenden schrauben linienförmigen Nut anzuordnen und das Heizwasser durch die Nut zu führen.The core of the invention is the measure, the coiled tubing in a screw running around the circumference of the insert arrange linear groove and the heating water through the To lead groove.
Die Rohrwendel stützt sich in der Nut ab. Dies ermöglicht eine sehr kompakte und stabile Bauweise des Wärmetauschers. Der Kontaktweg zwischen den Tauschermedien Heizwasser und Brauchwasser ist bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher um ein Vielfaches höher als bei solchen Bauarten, bei denen das Heizwasser den Wärmetauscher nur longitudinal von einem Ende zum anderen durchströmt. Folglich ist auch die Kontaktzeit zwischen den Tauschermedien bauartbedingt sehr hoch. Durch den intensiven Wärmeübergang kann die Länge der Rohrwendel deutlich kürzer ausgelegt werden. Dementsprechend ist dann auch eine wesentliche Verkleinerung des Durchmessers der Rohrwendel möglich. Praktische Vergleiche haben ergeben, daß das Bauvolumen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bei ver gleichbarer Leistung zu einem Wärmetauscher herkömmlicher Bauart um etwa die Hälfte reduziert werden kann. The coiled tubing is supported in the groove. this makes possible a very compact and stable construction of the heat exchanger. The contact path between the exchange media heating water and Process water is around in the heat exchanger according to the invention many times higher than those types where the Heating water the heat exchanger only longitudinally from one end flowed to the other. Consequently, the contact time is also very high between the exchange media. By The length of the coiled tubing can intensify the heat transfer can be interpreted significantly shorter. Accordingly, then also a significant reduction in the diameter of the Pipe coil possible. Practical comparisons have shown that the volume of the heat exchanger according to the invention at ver comparable performance to a conventional heat exchanger Design can be reduced by about half.
Die Einbaulage des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist unab hängig von der Durchführrichtung des Brauch- bzw. Heizwas sers. Der Wärmetauscher kann daher hinsichtlich seiner Längsachse sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet werden.The installation position of the heat exchanger according to the invention is independent depending on the direction of the service or heating water sers. The heat exchanger can therefore in terms of Longitudinal axis arranged both vertically and horizontally will.
Grundsätzlich ist es möglich, die Nut für die Rohrwendel in einer gesonderten Hülse unterzubringen, welche über den zen tralen Einsatz geschoben wird. Die Nut kann auch am Außenum fang des Behälters ausgebildet werden.Basically, it is possible to in the groove for the coiled tubing to accommodate a separate sleeve, which over the zen central insert is pushed. The groove can also be on the outside catch of the container are formed.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Grundgedankens ist in den Merkmalen des Anspruchs 2 zu sehen. Danach ist die Nut am Außenumfang des Einsatzes ausgeformt. In diese Nutenstruktur wird die Rohrwendel eingedreht. Eine derart vormontierte Einheit kann dann kom plett in Axialrichtung in den Behälter geschoben werden. Diese Vorgehensweise ist rationell, läßt sich fertigungstech nisch gut automatisieren und gewährleistet eine einwandfreie exakte Montage der Rohrwendel im Einsatz.A particularly advantageous embodiment of the invention the basic idea is in the features of claim 2 to see. Then the groove is on the outer circumference of the insert molded. The coiled tubing becomes in this groove structure turned in. Such a pre-assembled unit can then come be pushed into the container in the axial direction. This procedure is rational and can be done in manufacturing technology nisch automate well and ensures flawless exact assembly of the pipe coil in use.
Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 kontaktiert der genutete Einsatz mit seiner äußeren Oberfläche die Innenwand des Be hälters mediendicht.According to the features of claim 3 contacted the grooved Use with its outer surface the inner wall of the Be media-tight.
Auf diese Weise wird das Heizwasser gezwungen, exakt in Längsrichtung der Rohrwendel, das heißt parallel zu dieser zu strömen. Daraus ergibt sich ein langer Kontaktzeitraum des Heizwassers mit der das Brauchwasser führenden Rohrwendel und damit ein intensiver Wärmeübergang. Der Wirkungsgrad eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist daher entsprechend hoch.In this way, the heating water is forced exactly into Longitudinal direction of the coiled tubing, that is parallel to this stream. This results in a long contact period for the Heating water with the pipe coil leading the process water and thus an intensive heat transfer. The efficiency of a The heat exchanger according to the invention is therefore correspondingly high.
Als besonders zweckmäßig ist die im Anspruch 4 charakte risierte Ausbildung anzusehen, wonach sich die Flanken der Nut in Richtung auf die Innenwand lippenartig verjüngen. As particularly expedient is the character in claim 4 training to see what the flanks of the Taper the groove towards the inner wall like a lip.
Der Außendurchmesser des Einsatzes ist dann geringfügig grö ßer bemessen als der Innendurchmesser des Behälters, so daß sich die Enden der Flanken beim Einschieben des Einsatzes in den Behälter leicht umbiegen. Nach dem Einschieben liegen die Enden dann dichtlippenartig an der Behälterwand an.The outer diameter of the insert is then slightly larger dimensioned larger than the inside diameter of the container, so that the ends of the flanks when inserting the insert in bend the container slightly. After inserting the Then end at the container wall like a lip.
Zur Unterstützung einer guten Lageorientierung und Halterung der Rohrwendel im Einsatz sind nach Anspruch 5 Fixierungsele mente in der Nut vorgesehen.To support a good orientation and support the coiled tubing are in use according to claim 5 Fixierungsele elements provided in the groove.
Auch wenn unterschiedliche Ausführungsformen der Fixie rungselemente denkbar sind, ist eine für die Praxis besonders vorteilhafte Lösung darin zu sehen, die Fixierungselemente als Wulste an den Flanken der Nut auszubilden (Anspruch 6). Diese Ausführungsform ist ohne wesentlichen fertigungstechni schen Mehraufwand zu realisieren und gewährleistet einen ein wandfreien Ringraum für die Durchführung des Heizwassers.Even if different versions of the fixie elements are conceivable is one for practice advantageous solution to see the fixation elements to form as beads on the flanks of the groove (claim 6). This embodiment has no essential manufacturing technology realizing additional effort and guarantees one wall-free annular space for the passage of the heating water.
Obwohl der zentrale Einsatz aus allen geeigneten Materialien hergestellt sein kann, besteht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform in den Merkmalen des Anspruchs 7. Danach be steht der Einsatz aus einem thermoplastischen Kunststoff. Demzufolge zeichnet sich der Einsatz bei robuster und korro sionsunempfindlicher Bauweise durch ein verhältnismäßig ge ringes Gewicht aus.Although the central use of all suitable materials can be produced, there is a particularly advantageous Embodiment in the features of claim 7. Be thereafter the insert is made of a thermoplastic. As a result, the use is characterized by robust and corro Sions insensitive construction by a relatively ge low weight.
Nach den Merkmalen des Anspruchs 8 weist der Einsatz einen inneren Kanal auf.According to the features of claim 8, the insert has one inner channel.
Praktisch bietet es sich an, den Einsatz hohlzylindrisch aus zubilden. Die Wandung des Einsatzes kann dabei ver hältnismäßig dünn ausgelegt werden. Neben der damit ver bundenen weiteren Gewichtsersparnis kann der innere Kanal zur Führung des Heizwassers und/oder von Rohrleitungsabschnitten benutzt werden. In practice, it is advisable to use a hollow cylindrical insert to build. The wall of the insert can ver be interpreted relatively thin. In addition to the ver tied further weight savings can the inner channel to Management of the heating water and / or pipe sections to be used.
Auf diese Weise kann eine Ausführung realisiert werden, bei der das Heizwasser durch den inneren Kanal auf die dem Ein tritt gegenüberliegende Seite des Wärmetauschers geführt, hier umgelenkt und durch den Ringraum zwischen der Rohrwendel und der Nut zurückgeführt wird. Die Anschlüsse des Wärmetau schers, und zwar sowohl für das Brauchwasser als auch für das Heizwasser, liegen dann alle auf einer Seite des Wärmetau schers.In this way, an execution can be realized at which the heating water through the inner channel to the one occurs opposite side of the heat exchanger, deflected here and through the annular space between the coiled tubing and the groove is returned. The connections of the heat rope schers, both for the process water and for the Heating water, then all lie on one side of the heat rope shers.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is based on in the drawings illustrated embodiments described in more detail. It demonstrate:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines Wärmetauschers im verti kalen Längsschnitt; Figure 1 shows an embodiment of a heat exchanger in vertical cal longitudinal section.
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt II der Fig. 1; FIG. 2 shows an enlarged view of section II of FIG. 1;
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt III der Fig. 2; Fig. 3 in an enlarged view, section III of Fig. 2;
Fig. 4 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt IV der Fig. 2 und Fig. 4 in an enlarged view the section IV of FIGS. 2 and
Fig. 5 ebenfalls im vertikalen Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers. Fig. 5 also in vertical longitudinal section a further embodiment of a heat exchanger.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Wärmetauscher zur Brauchwas serbereitung veranschaulicht. Mit dem Pfeilen BW ist die Füh rung des Brauchwassers und mit den Pfeilen HW die Führung des Heizwassers gekennzeichnet. In Fig. 1, 1 a heat exchanger for Brauchwas water preparation is illustrated. The arrows BW indicate the guidance of the process water and the arrows HW the guidance of the heating water.
Der Wärmetauscher 1 umfaßt im wesentlichen einen Behälter 2 mit einem inneren zentralen Einsatz 3, um den eine aus einem Rohr 4 gebildete Rohrwendel 5 geführt ist. Der Einsatz 3 be steht aus einem vernetzten Polyethylen.The heat exchanger 1 essentially comprises a container 2 with an inner central insert 3 , around which a tube coil 5 formed from a tube 4 is guided. The insert 3 is made of a cross-linked polyethylene.
Am Außenumfang 6 des Einsatzes 3 ist eine schraubenli nienförmige Nut 7 ausgeformt. In die Nut 7 ist die Rohrwendel 5 eingedreht. Die vormontierte Einheit aus Einsatz 3 und Rohrwendel 5 ist in den Behälter 2 geschoben, wobei der Ein satz 3 mit seiner äußeren Oberfläche 8 die Innenwand 9 des Behälters 2 mediendicht kontaktiert. Auf diese Weise wird ein Ringraum 10 zwischen der Rohrwendel 5 und der Nut 7 gebildet.On the outer periphery 6 of the insert 3 , a helical linear groove 7 is formed. The coiled tubing 5 is screwed into the groove 7 . The pre-assembled unit from insert 3 and coiled tubing 5 is pushed into the container 2 , the insert 3 with its outer surface 8 making contact with the inner wall 9 of the container 2 in a media-tight manner. In this way, an annular space 10 is formed between the coiled tubing 5 and the groove 7 .
Das Brauchwasser BW tritt über den Einlaß 11 in die Rohr wendel 5 ein, durchströmt diese und wird über den Rohrab schnitt 12 und den Auslaß 13 wieder abgezogen. Gleichzeitig strömt Heizwasser HW über einen Einlaß 14 in einen inneren Kanal 15 des hohlzylindrisch ausgebildeten Einsatzes 3. Auf der dem Einlaß 14 gegenüberliegenden Endseite 16 wird das Heizwasser HW umgelenkt und tritt in die Nut 7 bzw. den Ring raum 10 ein. Das Heizwasser HW durchströmt dann den Ringraum 10 aufwärts schraubenlinienförmig bis zum Heizwasserauslaß 17. Auf diese Weise ist ein langer Kontaktzeitraum des Heiz wassers HW mit der das Brauchwasser BW führende Rohrwendel 5 gegeben, so daß ein intensiver Wärmeübergang stattfindet.The process water BW enters the pipe 5 through the inlet 11 , flows through it and is cut through the Rohrab 12 and the outlet 13 is withdrawn. At the same time, heating water HW flows through an inlet 14 into an inner channel 15 of the hollow cylindrical insert 3 . On the inlet side 14 opposite end 16 , the heating water HW is deflected and enters the groove 7 or the annular space 10 . The heating water HW then flows upwards through the annular space 10 in a helical pattern up to the heating water outlet 17 . In this way, there is a long contact period of the heating water HW with the pipe coil 5 leading the process water BW, so that an intensive heat transfer takes place.
Wie insbesondere die Fig. 2 und 3 zeigen, verfügt die Nut 7 über Flanken 18, 19, welche sich in Richtung auf die Innen wand 9 des Behälters 2 lippenartig verjüngen. Der Außendurch messer des Einsatzes 3 ist so bemessen, daß sich die Enden 20 der Flanken 18, 19 beim Einschieben des Einsatzes 3 in den Behälter 2 leicht umbiegen, wie dies Fig. 3 zeigt. Die Enden 20 liegen dann dicht an der Innenwand 9 an. Damit ist eine Zwangsführung des Heizwassers HW durch den Ringraum 10 zwi schen der Rohrwendel 5 und der Nut 7 gewährleistet. Referring particularly to FIGS. 2 and 3 show, the groove 7 via edges 18, 19, which wall in the direction towards the interior 9 of the container 2 has tapered lip-like. The outside diameter of the insert 3 is dimensioned such that the ends 20 of the flanks 18 , 19 bend slightly when inserting the insert 3 into the container 2 , as shown in FIG. 3. The ends 20 are then close to the inner wall 9 . This ensures that the heating water HW is guided through the annular space 10 between the coiled tubing 5 and the groove 7 .
Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß in der Nut 7 Fixie rungselemente 21 für die Rohrwendel 5 angeordnet sind. Diese werden von aus an den Flanken 18, 19 vorgesehenen Wulsten 22, 23 gebildet. Die Wulste 22, 23 sorgen für einen korrekten Ab stand und die Lageorientierung der Rohrwendel 5 in der Nut 7.From Fig. 4 it can be seen that in the groove 7 Fixie approximately 21 elements for the coiled tubing 5 are arranged. These are formed by beads 22 , 23 provided on the flanks 18 , 19 . The beads 22 , 23 ensure a correct position and the orientation of the coiled tubing 5 in the groove 7 .
Die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eines Wärme tauschers 24 umfaßt wiederum einen Behälter 25, einen inneren zentralen Einsatz 26 und eine Rohrwendel 27. Der Einsatz 26 wird von einem Hohlzylinder 28 aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet, an dessen Außenumfang 29 eine schrauben linienförmige Nut 30 ausgebildet ist. In der Nut 30 ist die Rohrwendel 27 geführt.The embodiment of a heat exchanger 24 shown in FIG. 5 in turn comprises a container 25 , an inner central insert 26 and a coiled tubing 27 . The insert 26 is formed by a hollow cylinder 28 made of a thermoplastic material, on the outer circumference 29 of which a helical linear groove 30 is formed. The pipe coil 27 is guided in the groove 30 .
Die dargestellte Einbaulage des Wärmetauschers 24 ist waage recht.The installation position of the heat exchanger 24 shown is horizontal.
Wie in der Fig. 5 weiter zu erkennen ist, verfügt der Wärme tauscher 24 über einen Heizwassereinlaß 31 und einen Heizwas serauslaß 32, welche an den gegenüberliegenden Endseiten 33 bzw. 34 des Wärmetauschers 24 liegen. Das Brauchwasser BW wird über den Einlaß 35 zugeführt und durch den Rohrabschnitt 36 zunächst bis zur Endseite 34 geleitet, bevor es durch die Rohrwendel 27 zum Auslaß 37 fließt. In Gegenrichtung zum Brauchwasser BW wird das Heizwasser HW der schraubenlinien förmigen Nut 30 folgend bis zum Heizwasserauslaß 32 geführt, wo es den Wärmetauscher 24 verläßt.As can also be seen in FIG. 5, the heat exchanger 24 has a heating water inlet 31 and a heating water outlet 32 which are on the opposite end sides 33 and 34 of the heat exchanger 24 . The process water BW is supplied via the inlet 35 and first passed through the pipe section 36 to the end side 34 before it flows through the pipe coil 27 to the outlet 37 . In the opposite direction to the service water BW, the heating water HW is guided following the helical groove 30 to the heating water outlet 32 , where it leaves the heat exchanger 24 .
Der Kontaktweg für die Übertragung der Wärmeenergie vom Heiz wasser HW auf das durch die Rohrwendel 27 fließende Brauch wasser BW ist damit ausreichend lang, so daß ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.The contact path for the transfer of thermal energy from the heating water HW to the flowing through the coiled tubing 27 custom water BW is thus long enough that an intensive heat exchange takes place.
BezugszeichenlisteReference list
1 Wärmetauscher
2 Behälter
3 Einsatz
4 Rohr
5 Rohrwendel
6 Außenumfang v. 3
7 Nut
8 Oberfläche v. 3
9 Innenwand v. 2
10 Ringraum
11 Einlaß v. 5
12 Rohrabschnitt
13 Auslaß
14 Heizwassereinlaß
15 innerer Kanal v. 3
16 Endseite v. 1
17 Heizwasserauslaß
18 Flanke v. 7
19 Flanke v. 7
20 Ende
21 Fixierungselemente
22 Wulst
23 Wulst
24 Wärmetauscher
25 Behälter
26 Einsatz
27 Rohrwendel
28 Hohlzylinder
29 Außenumfang v. 26
30 Nut
31 Heizwassereinlaß
32 Heizwasserauslaß
33 Endseite v. 24
34 Endseite v. 24
35 Einlaß
36 Rohrabschnitt
37 Auslaß
BW Brauchwasser
HW Heizwasser 1 heat exchanger
2 containers
3 use
4 pipe
5 coils
6 outer circumference 3rd
7 groove
8 surface from 3rd
9 inner wall from 2nd
10 annulus
11 inlet from 5
12 pipe section
13 outlet
14 heating water inlet
15 inner channel v. 3rd
16 end of v. 1
17 heating water outlet
18 flank from 7
19 flank v. 7
20 end
21 fixing elements
22 bead
23 bead
24 heat exchangers
25 containers
26 use
27 coiled tubing
28 hollow cylinders
29 outer circumference 26
30 groove
31 heating water inlet
32 heating water outlet
33 end of v. 24th
34 end of v. 24th
35 inlet
36 pipe section
37 outlet
BW service water
HW heating water
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