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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher insbesondere
für Schwimmbäder gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Schwimmbadwärmetauscher
werden dazu verwendet, das Badewasser als erstes Medium mit Hilfe
eines Heizwassers als zweites Medium zu erwärmen, wobei das Verhältnis der
Volumenströme von
Badewasser und Heizwasser in der Größenordnung von etwa 5 zu 1
liegt. Demzufolge durchströmt das
Badewasser den Wärmetauscher
in Axialrichtung und umströmt
hierbei die Heizwasserleitung, die zur Vergrößerung der Wärmeaustauschoberflächen wendelförmig im
Wärmetauschergehäuse verlegt
ist. Um eine zuverlässige
Beaufschlagung der wendelförmigen
Leitung zu erhalten, ist üblicherweise
innerhalb der Wendel ein zylinderförmiger Verdrängungskörper angeordnet,
der den Badewasserstrom um die Heizwasserleitung lenkt. Derartige
Wärmetauscherbauformen
sind auch für
andere Anwendungsgebiete bekannt und so z. B. auch bei Kraftstoffkühlern, wie
es in der DE-A 34 40 060 offenbart ist.
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Ein
weiterer Kraftstoffkühler
ist in EP-A 0 985 894 offenbart, der separate Anschlüsse für das zweite
Medium offenbart, die in Axialrichtung verlaufende Abschnitte aufweisen,
die am Gehäuse
und an den im Axialrichtung verlaufenden Endabschnitten des Wellschlauchs
durch Schweißverbindungen
festgelegt sind.
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In
der Regel besteht für
die genannten Schwimmbadwasseranwendungen die wendelförmige Heizwasserleitung
ebenso aus Edelstahl wie das Gehäuse;
bei besonders korrosionsanfälligen
Anwendungen, wie etwa bei Verwendung für Mineral- oder Meerwasserbäder, werden
die Bauteile auch aus Titan hergestellt.
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Ganz
allgemein führt
die Bauform mit wendelförmiger
Rohrleitung und innen angeordnetem Verdrängungskörper zwangsläufig zu
einem relativ großen
Bauvolumen mit entsprechend großem
Gewicht, wobei dieses große
Bauvolumen aufgrund der durchweg verwendeten hochwertigen Materialien auch
noch entsprechend große
Herstellungskosten bedingt.
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Aber
auch bei der Bauform der EP-A 0 985 894, die teilweise ohne Verdrängungskörper auskommt,
fallen die Herstellungskosten entsprechend hoch aus, da sich die
Montage des Kraftstoffkühlers durch
die Vielzahl schwer zugänglicher
Schweißverbindungen
sehr aufwendig gestaltet.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher
insbesondere für Schwimmbäder zur
Verfügung
zu stellen, der sich zum einen durch einen reduzierten Platzbedarf
und zum anderen durch eine vereinfachte Montierbarkeit und günstigere
Herstellbarkeit auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die separaten Anschlüsse
für das zweite
Medium im Gehäuseinneren
in Axialrichtung verlaufen, und dass die in Axialrichtung verlaufenden Endabschnitte
des Wellschlauchs im Gehäuseinneren
in die genannten separaten Anschlüsse für das zweite Medium eingesteckt
und dort durch die Steckverbindungen festgelegt sind.
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Zunächst einmal
führt die
Verwendung eines wendelförmigen
Wellschlauchs bezogen auf die jeweilige Leitungslänge und
einen gleichen Innendurchmesser zu einer erheblichen Oberflächenvergrößerung (beispielsweise
um mehr als das Doppelte), so dass die Heizwasserleitung entsprechend
kürzer
ausfallen kann. Da außerdem
der Wellschlauch problemlos in starkem Maße gebogen werden kann, lässt sich
durch Verwendung der Wellschlauchwendel auch der Wendeldurchmesser
erheblich reduzieren und zwar sogar soweit, dass man auf einen Verdrängungskörper im
zentralen Wendelbereich verzichten kann. Insgesamt erhält man somit
einen Wärmetauscher,
der aufgrund der reduzierten Heizleitungslänge, des reduzierten Wendeldurchmessers und
des entsprechend reduzierten Gehäusedurchmessers
ein vergleichsweise erheblich redu ziertes Bauvolumen aufweist. Durch
die hierbei erzielte Materialersparnis lassen sich auch die Herstellkosten entsprechend
deutlich reduzieren.
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Ein
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers liegt nun darin,
dass die Anschlüsse
für das
zweite Medium, also insbesondere das Heizwasser, selbst wenn sie
das Gehäuse
in Radialrichtung verlassen, im Gehäuseinneren in Axialrichtung
verlaufende Abschnitte aufweisen, an die der Anschluss an die axialen
Endabschnitte der Wellschlauchleitung erfolgt. Während beim Stand der Technik
ein wesentliches Problem beim Montieren des Wärmetauschers darin besteht,
dass die wendelförmige
Rohrleitung von innen gegen eine Gehäuseöffnung fluchtend zu den auf
der Außenseite
radial verlaufenden Anschlüssen
geschweißt
werden muss, umgeht die vorliegende Erfindung diese Festlegungsprobleme
und schlägt
stattdessen neben einem Wellschlauch zwei Anschlüsse für den Wellschlauch vor, die
auf der Außenseite
den Heizwasseranschluss und auf der Gehäuseinnenseite den axial verlaufenden
Anschluss an das zugehörige Wellschlauchende
ermöglichen
und die im Zwischenbereich das Gehäuse durch eine axiale oder
radiale Gehäuseöffnung durchqueren.
Es ist unschwer erkennbar, dass hierdurch der erfindungsgemäße Wärmetauscher
mit weitaus vereinfachtem Aufwand montiert werden kann.
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Da
die Wellschlauchendabschnitte in die separaten Anschlüsse für das zweite
Medium eingesteckt sind und dort durch die Steckverbindungen festgelegt
sind, sorgt die Steifheit der Wendel dafür, dass die Endabschnitte des
Wellschlauchs mittels einfacher Steckmontage in die axialen Abschnitte
der genannten separaten Anschlüsse
für das
zweite Medium eingesteckt und aufgrund dieser Steifheit dauerhaft
in der Montageposition festgehalten werden können. Vorteilhafterweise sorgt
allein das Ineinanderstecken der Wellschlauchendabschnitte in die
separaten Anschlüsse
für das
zweite Medium bei gleichzeitigem Montieren des Gehäuses für eine über die
gesamte Lebensdauer stabile und dichte Verbindung, zumindest wenn
der Wärmetauscher
für Medien
verwendet wird, die die Wellschlauchwendel keinen großen Relativbewegungen
gegenüber
dem Gehäuse
bzw. den separaten Anschlüssen
aussetzen.
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Eine
alternative Bauform für
das Festlegen der Wellschlauchendabschnitte besteht darin, dass die
in Axialrichtung verlaufenden Endabschnitte des Well schlauches im
Gehäuse über separate
Halteelemente festgelegt sind, die bevorzugterweise in das Gehäuse eingesteckt
und dort insbesondere durch Formschluss gehalten sind. Hierdurch
ist es möglich, den
Wellschlauch noch vor dem Anschluss der separaten Anschlüsse für das zweite
Medium im Gehäuse zu
montieren und zwar derart, dass der Aufwand beim Anfügen der
separaten Anschlüsse
für das zweite
Medium deutlich reduziert wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Variante ist der Wellschlauch in einen zylindrischen Gehäusemantel
des Gehäuses
eingesteckt, wobei er wendelförmig
in dem Gehäusemantel
verlegt ist und seine in Axialrichtung verlaufenden Endabschnitte
jeweils mit einem Halteelement zusammenwirken. Dieses Halteelement
weist eine zylindrische Bohrung auf, an die der Wellschlauch angeschlossen
ist und insbesondere in die der axiale Endabschnitt des Wellschlauchs
eingesteckt ist. Das Halteelement ist in seinen Abmessungen zur
Festlegung im Gehäuse
an die Gehäuseinnenabmessungen
angepasst und in das Gehäuse
eingesteckt und legt hierdurch den Wellschlauch gegenüber dem
Gehäuse
und dem später
anzufügenden
separaten Anschluss für
das zweite Medium fest.
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Auf
die Einheit von Gehäusemantel,
Wellschlauch und Halteelementen wird von jeder axialen Seite des
Gehäusemantels
ein Gehäuse-Endstück aufgesetzt,
das einen separaten Anschluss für
das zweite Medium trägt.
Das Anfügen
des Gehäuseendstücks an den
Gehäusemantel
erfolgt in der Art und Weise, dass der separate Anschluss für das zweite Medium
an das Halteelement bzw. das von diesen getragene Wellschlauchende
mediendicht angeschlossen werden kann, d. h. Wellschlauchende und separater
Anschluss für
das zweite Medium werden miteinander fluchtend angeordnet und anschließend aneinander
festgelegt, wobei auch gleichzeitig das Gehäuseendstück am Gehäusemantel festgelegt wird.
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Zweckmäßigerweise
kann das gegenseitige Festlegen von separatem Anschluss für das zweite Medium
und Halteelement sowie vom Gehäuseendstück an dem
Gehäusemantel
durch eine Schweißverbindung
erfolgen, insbesondere dann, wenn die genannten Bauteile jeweils
aus Kunststoff sind. Diese beiden Schweißverbindungen können zwar gleichzeitig
hergestellt werden, hierbei ist aber zu beachten, dass nach erfolgtem
Verschweißen
die Dichtheit der inneren Schweißverbindung nicht mehr überprüft werden
oder gar neu hergestellt werden kann; deshalb empfiehlt es sich,
die Abmessungen so zu wählen,
dass beim Anfügen
der Gehäuse-Endstücke an den
Gehäusemantel
zunächst
die separaten Anschlüsse
für das
zweite Medium und das zugehörige Halteelement
in gegenseitiger Anlage gelangen, und dass die Endposition von Gehäuseendstück und Gehäusemantel
erst dann erreicht wird, wenn der erste Schweißvorgang zumindest fast beendet
ist, wenn also der separate Anschluss und das zugehörige Halteelement
mediendicht miteinander verbunden sind.
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Der
vorbeschriebene Aspekt der vorliegenden Erfindung lässt sich
natürlich
auch bei anderen Gehäusebauformen
verwirklichen, weshalb die zugehörige
Beschreibung als beispielhaft, nicht jedoch schutzbeschränkend anzusehen
ist. So kann beispielsweise ein Halteelement auch fester und gegebenenfalls
einstückiger
Bestandteil des Gehäuses sein,
so dass das Montieren des Wellschlauchs von der offenen Gehäuseseite
her erfolgt und hierbei das zweite Wellschlauchende über ein
separates Halteelement im Gehäuse
festgelegt wird. In diesem Fall wäre es darüber hinaus möglich, den
separaten Anschluss für
das zweite Medium auch entweder einstückig oder als separates Bauteil
an das genannte integrierte Halteelement anzuschließen und
somit an das erste Ende des Wellschlauchs, so dass lediglich der zweite
separate Anschluss für
das zweite Medium nach Montieren des Wellschlauchs und Festlegen des
zweiten Wellschlauchendes durch das Halteelement an den Wellschlauch
angeschlossen und das Gehäuse
im Bereich dieses zweiten separaten Anschlusses verschlossen werden
muss. Selbst bei dieser Variante wäre es möglich, das Gehäuse – vor allem
dann, wenn es zylindrisch ausgebildet ist – zur Anpassung an gewünschte Wärmetauscherleistungen
an unterschiedlichen Positionen ablängen zu können und hieran dann ein entsprechend
angepasstes Endstück
zum Verschließen
des Gehäuses anschließen zu können.
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Um
die Wellschlauchenden an den Halteelementen nicht nur für den Montagevorgang,
sondern auch für
ein späteres
funktionsfreies Arbeiten dauerhaft festzulegen, empfiehlt es sich,
im Bereich der Halteelemente Haltestifte so anzuordnen, dass sie
in ein Wellental im Bereich des Schlauchumfangs eintauchen und so
den Schlauch in Axialrichtung fixieren. Hierzu können die Haltestifte beispielsweise durch
in den Halteelementen vorgesehene Bohrung gesteckt sein und zwar
bevorzugterweise pro Wellschlauchende wenigstens zwei einander gegenüberliegende
Haltestifte.
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Wie
bereits erwähnt,
besteht das erste Medium in der Regel aus dem Schwimmbadwasser,
während
das zweite Medium durch das Heizmedium bzw. das Heizwasser gebildet
ist. Ebenso lässt
sich der vorliegende Wärmetauscher
auch zum Abkühlen
von Fluiden verwenden, wobei das zweite Medium dann eine gegenüber der
Fluidtemperatur reduzierte Temperatur aufweisen muss. Daneben ist
es natürlich auch
möglich,
den Wärmetauscher
für andere
Medienkombinationen zu verwenden, beispielsweise zur Brauchwassererwärmung in
Gasthermen, Brennstoffzellen und dergleichen, zur Abwärmerückgewinnung
sowie ganz allgemein für
eine Vielzahl von Industrieanwendungen, im Kfz-Bereich etc. – eben dort,
wo üblicherweise
Wärmetauscher
mit Kühl- oder
Heizwendelbauform eingesetzt werden.
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Ein
gängiges
Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ergibt sich dadurch,
dass die genannten separaten Anschlüsse für den Wellschlauch als Rohrleitungskrümmer ausgebildet
sind derart, dass sie ausgehend von einem radialen Verlauf außerhalb
des Gehäuses
unter Durchquerung der Gehäusewandung
im Inneren des Gehäuses
in eine parallel zu oder identisch mit der Wendelachse verlaufende
Axialrichtung abgewinkelt sind, wobei an diese endständigen axialen
Abschnitte der Wellschlauch mit seinen entsprechenden axialen Endabschnitten angeschlossen
wird. Diese Bauform wird insbesondere auch bei der genannten Schwimmbadwasser-Erwärmung verwendet,
weshalb nachfolgend der Einfachheit halber und zur besseren Veranschaulichung,
ohne jedoch eine Einschränkung
zu meinen, oft von der speziellen Krümmerbauform die Rede ist, wenn
an sich ganz allgemein Bezug auf die separaten Anschlüsse für das zweite
Medium genommen werden soll, die natürlich grundsätzlich auch
das Gehäuse
stirnseitig in Axialrichtung durchqueren könnten.
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Zweckmäßigerweise
ist das Gehäuse
zur Montage der Wellschlauchwendel mehrteilig ausgebildet und zwar
besteht es am sinnvollsten aus einem zylindrischen Gehäusemantel
und zwei die separaten Anschlüsse
bzw. die Krümmer
tragenden Endstücken,
die beispielsweise durch Schweißen
oder Kleben am Gehäusemantel
festgelegt sind. Die Montage würde
in diesem Fall derart erfol gen, dass der Wellschlauch in die Wendelform
gebracht wird, dass die Krümmer
an den Endstücken
festgelegt werden, sofern sie nicht einstückig an diese angeformt sind,
und dass anschließend
jeweils ein Krümmer
auf einen Endabschnitt des in den zylindrischen Gehäusemantel
eingesteckten Wellschlauchs aufgesteckt wird, wobei gleichzeitig
der Gehäusemantel
in Anlage an die beiden Endstücke
gebracht wird und dann alle drei Gehäuseteile aneinander festgelegt
werden können.
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Neben
der Möglichkeit,
die separaten Anschlüsse
bzw. Krümmer
direkt an das Gehäuse
und insbesondere an die Gehäuseendstücke anzuformen,
können
diese natürlich
separat vom Gehäuse ausgebildet
sein, wobei dann die Krümmer
durch im Gehäuse
vorgesehene Gehäuseöffnungen
hindurch gesteckt und an diesen mediumdicht festgelegt sind.
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Ebenso
muss die Verbindung zwischen dem Wellschlauch und den Anschlüssen bzw.
Krümmern mediumdicht
sein, wozu zweckmäßigerweise
zwischen dem Wellschlauch-Endabschnitt und dem axialen Abschnitt
des separaten Anschlusses bzw. Krümmers ein Dichtungselement
angeordnet ist. Ein solches für
diesen Zweck passendes Dichtungselement kann derart ausgebildet
sein, dass es auf den zugehörigen
Wellschlauch-Endabschnitt aufgesteckt ist, dass es den Umfang des
Wellschlauches auf einer axialen Länge zwischen zumindest zwei
Wellentälern überlappt,
und dass es in diese zumindest zwei Wellentäler formschlüssig eingreift,
wobei es außerdem
auf seiner das Krümmerende
beaufschlagenden Außenseite
mit zumindest einer umlaufenden Dichtlippe versehen sein kann, die
an der Innenseite der Krümmerwandung
anliegt. Ein derart ausgebildetes Dichtungselement weist den wesentlichen
Vorteil auf, dass es aufgrund seiner formschlüssigen Verbindung dauerhaft
am Wellschlauch festgelegt ist, dass es außerdem die zuvor genannte Steckmontage
von Wellschlauch und Krümmer
begünstigt
und dass es darüber
hinaus allein aufgrund der Haftreibung gegenüber Wellschlauch und Krümmer dazu
in der Lage ist, größere Drücke aufzunehmen,
ohne dass ein zusätzliches
Halteelement den Wellschlauch am Krümmer festlegen muss.
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Eine
andere noch einfachere Bauform eines Dichtungselementes besteht
darin, auf einen Wellschlauch-Endabschnitt zwei handelsübliche O-Ringe aufzuste cken,
die in jeweils ein Wellental eingesetzt sind und auf ihrer Außenseite
zumindest linienförmig über ihren
gesamten Umfang das Krümmerende
beaufschlagen. Hierzu muss der Wellschlauch-Endabschnitt lediglich
auf das passende Längenmaß (ohne
gereckt werden zu müssen)
abgelängt
und hinsichtlich seines Durchmessers kalibriert werden, um hierdurch
etwaige Fertigungsungenauigkeiten auszugleichen.
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Zur
Erhöhung
der axialen Fixierung des Wellschlauchs im Krümmer kann – insbesondere bei größeren Druckunterschieden
zwischen erstem und zweitem Medium – zumindest einer der Wellschlauch-Endabschnitte
mit einem Arretiermittel zusammenwirken. Dieses Arretiermittel kann
beispielsweise durch eine widerhakenähnliche Ausgestaltung eine
Rastverbindung herstellen. Ein weiteres Arretiermittel kann dadurch
gebildet sein, dass das Arretiermittel zusätzlich zum Dichtungselement
auf den Wellschlauch aufgesteckt und zusammen mit diesem in den
Krümmer
eingesteckt ist, wobei das Arretiermittel in seinem Durchmesser
gegenüber
dem Durchmesser des Krümmers
derart dimensioniert sein sollte, dass es unter Vorspannung an der
Innenseite des Krümmers
anliegt, wobei das Arretiermittel darüber hinaus ebenso formschlüssig in
den Wellschlauch eingreifen sollte.
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Zweckmäßigerweise
ist der vom Wellschlauch beaufschlagte axiale Abschnitt des separaten
Anschlusses bzw. Krümmers
auf seiner Innenseite glattzylindrisch ausgebildet, um die Steckmontage, sowie
das Einsetzen des Dichtungselementes zu begünstigen. Auf der anderen Seite
kann der Wellschlauch-Endabschnitt
aus einem in Axialrichtung verlaufenden durch einfaches Ablängen gebildeten Wellschlauchteil
bestehen oder darüber
hinaus durch Recken etwas in seiner Flexibilität reduziert sein, um im Verbindungsbereich
mit dem Krümmer
möglichst nur
Kräfte
in Axialrichtung und keine seitlich hierzu orientierten Kräfte wirksam
werden zu lassen, wie es bei einem hoch flexiblen Wellschlauchende
der Fall wäre,
das ausgehend von dem Wendelumfang in Richtung der Wendelachse radial
nach innen gebogen und dort wiederum in Axialrichtung umgelenkt wäre.
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Der
in Axialrichtung verlaufende Endabschnitt des Wellschlauchs kann
darüber
hinaus aber auch durch ein an den Wellschlauch beispielsweise durch
Schwei ßen
angefügtes
glattwandiges Rohr gebildet werden, das dann die Steckverbindung mit
dem separaten Anschluß bzw.
Krümmer
eingeht. Hierzu kann das Rohr auf seiner Außenseite nutenförmige Vertiefungen
aufweisen, in die O-Ringe zur Abdichtung der Steckverbindung eingesetzt
werden. Diese Ausführungsform
soll erfindungsgemäß ausdrücklich als
eine unter den vorliegenden Hauptanspruch fallende Variante des
Wellschlauch-Endabschnitts gesehen werden.
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Um
das vollständige
Umströmen
der Wellschlauchwendel zu begünstigen,
ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen Wellschlauchwendel und Gehäusemantel-Innenfläche Abstandshalter
vorgesehen sind, durch die das erste Medium, also insbesondere das
Schwimmbadwasser, auch diesen Spaltbereich zwischen Gehäuse und
Wellschlauch durchströmen
kann. Die Abstandshalter sollten derart ausgebildet sein, dass sie
die zuvor erwähnte Steckmontage
begünstigen,
und können
demgemäss
aus in Einsteckrichtung verlaufenden Abstandsstegen gebildet sein,
die an der Innenseite des Gehäusemantels
angeformt sind; ebenso können
auf die Wellschlauchwendel O-Ringe aufgesteckt sein, die gegenüber den
Wellenbergen der Wellschlauchwendel vorstehen und so den nötigen Abstand
der Wendel gegenüber
dem Gehäuse
sowie der Wendeln untereinander zur Verfügung stellen.
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Die
erwähnten
Abstandshalter haben noch den weiteren Vorteil, dass durch sie der
Wellschlauch abgestützt
wird, um so strömungsinduzierte
Geräuschemissionen
verhindern zu können.
In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, dass es nicht nur zur Verbesserung
der Umströmung,
sondern auch zur Verhinderung von strömungsbedingten Geräuschen empfehlenswert
sein kann, einen oder mehrere Anströmkörper in Form von Prallblechen
in das Gehäuse
und die Wellschlauchwendel einzusetzen.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen vereinfachten Montierbarkeit
des Wärmetauschers
liegt darin, dass lediglich die für den Wärmeaustausch verantwortlichen
Oberflächen,
also der Wellschlauch, aus Edelstahl hergestellt sein muss, während die
separaten Anschlüsse
bzw. Krümmer und
auch das Gehäuse
aus korrosionsbeständigem Kunststoff
bestehen kann, wodurch sich die Kosten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers
noch einmal drastisch reduzieren lassen. Im Gegensatz dazu musste
beim Stand der Technik die wendelförmige Lei tung an das Gehäuse im Bereich
der radialen Öffnungen
angeschweißt
und in Verbindung mit den radialen Anschlüssen gebracht werden, so dass
auch für
das Gehäuse
ein schweißbares
korrosionsbeständiges
Material, also insbesondere Edelstahl erforderlich war. Beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher
kann hingegen die Verbindung von Wellschlauch und Krümmer durch
Steckmontage und ohne Schweißen
erfolgen; und selbst wenn man den Krümmer, aus welchen Gründen auch
immer, ebenso aus Edelstahl herstellen wollte, so könnte immer noch
das gesamte Gehäuse
aus Kunststoff bestehen und immer noch eine erhebliche Kostenreduzierung ermöglichen.
Als Kunststoffmaterial kommen insbesondere PA, PP, PE, PVC-C oder ähnliche
Materialien in Frage.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der
Zeichnungen; hierbei zeigen
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1 einen
erfindungsgemäßen Wärmetauscher
in geschnittener Seitenansicht;
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2 den
Wärmetauscher
aus 1 im Schnitt entlang der Linie A – B aus 1;
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3 eine
alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
in geschnittener Seitenansicht;
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4 eine
weitere alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
in geschnittener Seitenansicht; und
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5 den
Wärmetauscher
aus 4 im Schnitt entlang der Linie A – B aus 4.
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Der
in 1 dargestellte Wärmetauscher 1 besteht
aus einem in etwa zylindrischen Gehäuse 2 und einer in
dem Gehäuse
verlegten Wellschlauchwendel 3. Während ein erstes Medium, im
vorliegenden Fall das Schwimmbadwasser über axiale Anschlüsse 4, 5 in
das Gehäuseinnere
hinein- bzw. aus diesem herausströmt, wird die Wellschlauchwendel 3 von
einem zweiten Medium, im vorliegen den Fall Heizungswasser durchströmt, wobei
der Wellschlauch 3 an zwei L-förmig
abgewinkelte Krümmer 6, 7 angeschlossen
ist, die durch Öffnungen 8, 9 im
Wärmetauschergehäuse hindurchgeführt sind
und radial nach außen
vorstehen, wo sie an benachbarte Leitungsabschnitte angeschlossen
werden können.
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Die
Verbindung von den in Axialrichtung verlaufenden Wellschlauch-Endabschnitten 10, 11 und den
ebenfalls in Axialrichtung verlaufenden Krümmerendabschnitten 12, 13 erfolgt
durch Ineinanderstecken, wobei jeweils zwischen Wellschlauch und Krümmer ein
Dichtungselement 14, 15 angeordnet ist, das formschlüssig in
die endständigen
Wellungen eingreift und sich aber in Axialrichtung über zumindest
zwei Wellungen erstreckt.
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Aufgrund
der Steifheit des in die Wendelform gebrachten Wellschlauchs sitzt
dieser mit seinen axialen Enden sicher zwischen den Krümmern und
somit in der gegenseitigen Verbindungsposition. Sind darüber hinaus
die Krümmerendabschnitte 12, 13 ausreichend
lang in Axialrichtung ausgebildet, so lässt sich dies sinnvollerweise
dazu verwenden, einen relativ großen Überlappungsbereich von Wellschlauch
und Krümmern
zur Verfügung
zu stellen, der eine sichere gegenseitige Verbindung ermöglicht, selbst
wenn sich die Endabschnitte von Wellschlauch und Krümmer relativ
zueinander bewegen sollten.
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Das
Wärmetauschergehäuse 2 ist
insgesamt dreiteilig ausgebildet und besteht aus einem zylindrischen
Gehäusemantel 16 und
zwei die Krümmer 6, 7 tragenden
Endstücken 17, 18,
an die auch die axialen Badewasseranschlüsse 4, 5 angeformt
sind. Die Montage der Gehäuseteile
erfolgt ebenso wie die Montage der Krümmer und des Wellschlauchs
durch axiales Ineinanderstecken, wobei die Gehäuseteile miteinander verklebt
oder verschweißt
werden können.
Ebenso erfolgt die Verbindung der Krümmer an den Endstücken durch
Verkleben oder Verschweißen.
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Aus
dem in 2 dargestellten Schnitt A-B (zum Schnittverlauf
siehe 1) sind in Axialrichtung verlaufende Stege 19 zu
erkennen, die an der Innenseite des zylindrischen Gehäusemantels 16 angeformt
sind und als Abstandshalter für
den Wellschlauch dienen, um dessen Umströmen auch auf dessen Außenseite,
also im Spaltbereich zwischen Gehäuse und Wellschlauch zu ermöglichen.
Die se Abstandshalter haben außerdem
die Aufgabe, den Wellschlauch zu stabilisieren, um strömungsinduzierte
Schwingungen der Wellschlauchwendel zu vermeiden.
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Während beim
in 1 dargestellten Wärmetauscher sowohl die axialen
Endabschnitte des Wellschlauchs als auch die axialen Endabschnitte der
Krümmer
entlang der Wendel- und Gehäuseachse
angeordnet sind, sind die genannten Endabschnitte bei dem in 3 dargestellten
Wärmetauscher 21 versetzt
zur Wendel- und Gehäuseachse
angeordnet und zwar derart, dass diese Endabschnitte, bezogen auf
die Einbauposition etwas nach oben versetzt sind, bis der Wellschlauchaußendurchmesser
im oberen Bereich mit dem Wendelaußendurchmesser fluchtet.
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Ansonsten
entsprechen sich die Bauformen der beiden Wärmetauscher weitestgehend.
Auch hier ist das Wärmetauschergehäuse 22 dreiteilig
ausgebildet und besteht aus einem zylindrischen Gehäusemantel 36,
den beiden Endstücken 37, 38 und
einer Wellschlauchwendel 23 mit axial verlaufenden Endabschnitten 30, 31.
Zwischen diesen Endabschnitten 30, 31 und den
in Axialrichtung verlaufenden Endabschnitten 32, 33 der
Krümmer 26, 27 sind
zwei Dichtungsmuffen 34, 35 eingesteckt, die an
ihrem dem Wellschlauch zugewandten Ende einen umlaufenden Bund aufweisen,
welcher als Anschlag beim Einstecken in den Krümmer dient, da er gegenüber dem
Krümmer
nach außen
vorsteht und beim Einstecken die Krümmerstirnseite der Krümmerendabschnitte
beaufschlagt.
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Bei
der Bauform aus 3 sind darüber hinaus die axialen Anschlüsse 24, 25 des
Wärmetauschergehäuses 22 asymmetrisch,
also versetzt zur Gehäusemittelachse
angeordnet, und zwar derart, dass sie mit der in Einbauposition
obersten Gehäusewandung
fluchten, um die im Wärmetauschergehäuse vorhandene
Luft abtransportieren und hierdurch das Korrosionsrisiko reduzieren
können.
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Schließlich sind
anstelle der Abstandshalter 19 aus 1 O-Ringe 39 auf
den Wellschlauch aufgesteckt und dienen als Abstandshalter zwischen Wellschlauch
und Gehäusemantel,
um die Wellschlauchwendel in einem definierten Abstand vom Gehäuse festzulegen.
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4 zeigt
die zweite wesentliche Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dort ist ein Wärmetauscher 41 dargestellt,
der aus einem Gehäuse 42 und
einer darin wendelförmig
verlegten Wellschlauchleitung 43 für das zweite Medium besteht.
Das Gehäuse 42 ist – ähnlich dem
Gehäuse 2 aus 1 – zusammengesetzt
aus einem zylindrischen Gehäusemantel 56 und
zwei auf die stirnseitigen Enden des Gehäusemantels aufsteckbaren Gehäuse-Endstücken 57, 58,
die jeweils einen Anschluss 44, 45 zur Verbindung
mit angrenzenden Leitungsabschnitten für das erste Medium aufweisen sowie
separate krümmerähnliche
Anschlüsse 46, 47 für das zweite
Medium. Insoweit entspricht die Bauform aus 4 derjenigen
aus 1.
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Ähnlich wie
bei der Bauform aus 3 sind die Anschlüsse für das erste
Medium wie auch die separaten Anschlüsse für das zweite Medium integraler
und einstückiger
Bestandteil der Gehäuse-Endstücke 57, 58.
Demgemäss
erstrecken sich die krümmerähnlichen
Anschlüsse 46, 47 für das erste
Medium nicht bis zur Wendel- und Gehäuseachse, sondern sind mit
ihren axialen Abschnitten, die zum Anschluss des Wellschlauchs dienen,
asymmetrisch, also versetzt zur Gehäuse- und Wendelachse angeordnet
und zwar so, dass diese Anschlüsse
mit dem im äußeren Wendelbereich
von der schraubengangförmigen
Erstreckung in die Axialrichtung umgelenkten Wellschlauchende fluchten,
so dass also der radial außenliegende
Abschnitt des sich in Axialrichtung erstreckenden Anschlusses für das zweite
Medium mit dem äußeren Umfang
der Schlauchwendel fluchtet.
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Der
wesentliche Unterschied zu den Bauformen der 1 und 3 besteht
nun darin, dass der Wellschlauch 43 mit seinen in Axialrichtung
verlaufenden Enden 50, 51 in Halteelemente 48, 49 eingesteckt
ist. Diese Halteelemente sind in 5 im Schnitt
gezeigt und weisen eine Bohrung 60, 61 auf, in
die die Wellschlauchenden 50, 51 eingesteckt sind. Außerdem besitzen
die Halteelemente 48, 49 im vorliegenden Beispiel
4 Spreizschenkel 62a, 62b, 62c, 62d,
durch die sie innerhalb des zylindrischen Gehäuses 56 gehalten werden.
Hierzu sind sie in ihren Außenabmessungen
an die Innenabmessungen des Gehäusemantels 56 angepasst
und in Axialrichtung verlaufende Nuten auf der Innenseite des Gehäusemantels 56 eingeschoben,
wobei die Nuten von den Spreizschenkeln 62a bis 62d beaufschlagt
werden und als Verdrehsicherung des Halteelements und zur Verbesserung
des Formschlusses zwischen Halteelement und Gehäuse dienen.
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Das
Einstecken des Wellschlauchendes 50, 51 in die
Bohrung 60, 61 des Halteelementes 48, 49 erfolgt
unter Zwischenfügung
eines Dichtelementes 54, 55 in Form beispielsweise
zweier O-Ringe. Darüber
hinaus sind Haltestifte 63, 64 vorgesehen, die
in ein Wellental des Wellschlauches 43 eintauchen und auch
das Halteelement durchqueren, um so noch einmal für eine Axialfixierung
des Wellschlauchs am Halteelement zu sorgen.
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Die
erwähnten
separaten Anschlüsse 46, 47 für das zweite
Medium sind mit ihren in Axialrichtung verlaufenden Abschnitten 65, 66 mit
den Bohrungen 60, 61 fluchtend an die Halteelemente 48, 49 mediumdicht
angefügt
und dort durch Verschweißen
festgelegt, wobei die Gehäuse-Endstücke 57, 58,
die die separaten Anschlüsse 46, 47 tragen,
auch gleichzeitig mit dem Gehäusemantel 56 verbunden
werden.
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Die
Montage des Wärmetauschers
aus 4 erfolgt nun in folgenden Schritten: Am Wellschlauch
werden im Bereich der beiden Enden jeweils zwei O-Ringe 54 in
die letzten beiden Wellentäler
eingesetzt. Auf eines der beiden Wellschlauchenden 50, 51 wird
anschließend
ein Halteelement 48 aufgeschoben und mit dem Haltestift 63 fixiert.
Nun wird die Schlauchwendel mit dem Halteelemente in den Gehäusemantel 56 soweit
hineingeschoben, bis die axiale äußere Stirnseite
des Halteelements 48 mit der axialen äußeren Stirnseite des Gehäusemantels bündig abschließt, wobei
dieses Einstecken des Halteelements in das Gehäuse von einem an der Innenseite
des Gehäuses
vorgesehenen Anschlag 67 begrenzt wird.
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Anschließend wird
das zweite Halteelement 49 auf das zweite Wellschlauchende 51 aufgeschoben,
mittels dem Haltestift 64 fixiert und in den Gehäusemantel 56 bis
gegen einen entsprechenden Anschlag 68 eingesteckt. Die
Dichtheit der Verbindungen zwischen Wellschlauch und Halteelement sowie
des Wellschlauchs selbst kann bereits an dieser vormontierten Baugruppe überprüft werden,
also noch bevor die Anschlüsse
für die
beiden Medien und die Gehäuseendstücke angeschlossen
werden. Nach einer etwaigen Dichtheitsprüfung wer den die beiden Gehäuseendstücke 57, 58,
welche die Anschlüsse 46, 47 bzw. 44, 45 tragen,
auf den Gehäusemantel
stirnseitig aufgesteckt und durch Vibrationsschweißen werden
die separaten Anschlüsse für das zweite
Medium im Bereich ihrer in Axialrichtung verlaufenden Abschnitte
an die Halteelemente 48, 49 und fast gleichzeitig
hierauf die Endstücke 57, 58 an
den Gehäusemantel 56 angeschweißt.
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Zusammenfassend
bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, einen Wärmetauscher
für beliebige
Anwendungen und insbesondere für
Schwimmbäder
zur Verfügung
stellen zu können,
der bei gleicher Leistung ein um ca. fünfzig Prozent reduziertes Gewicht,
ein erheblich reduziertes Bauvolumen und demgemäss reduzierte Herstellungskosten
aufweist, die noch weiter dadurch gesenkt werden können, dass
das Gehäuse
und die Krümmer
bzw. separaten Anschlüsse
aus kostengünstigem
Kunststoff hergestellt werden. Außerdem zeichnet sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher
durch einen stark vereinfachten Montageaufwand aus, da der Wellschlauch
bei einer Ausführungsform
durch einfaches Ineinanderstecken an den Krümmern bzw. separaten Anschlüssen festgelegt
werden kann. Durch die axiale Steifheit des Wellschlauchs ist das
Ineinanderstecken außerdem
ausreichend für
eine dauerhafte dichte Verbindung, so dass lediglich höchstens
ein Verbindungsbereich zwischen Wellschlauch und Krümmer bzw.
separatem Anschluß,
insbesondere aber gar kein Verbindungsbereich, durch zusätzliche Fixierungsmittel
unterstützt
werden muss.
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Zur
besseren Montierbarkeit ist das Gehäuse mehrteilig aufgebaut, wobei
verschiedene Teilungsebenen in Frage kommen. Insbesondere empfiehlt
sich aber eine Unterteilung in einen zylindrischen Gehäusemantel
und zwei die Krümmer
tragenden Endstücke,
die identisch aufgebaut und somit mit Hilfe des gleichen Werkzeuges
hergestellt werden können.
Das Kunststoffmaterial für
das Wärmetauschergehäuse hat
bei dem erheblich reduzierten Außendurchmesser den positiven
Nebeneffekt, dass es – insbesondere
aufgrund des stark reduzierten Außendurchmessers – kaum noch
gegenüber den
restlichen Leitungsabschnitten für
das Schwimmbadwasser auffällt;
lediglich die beiden radialen Abgänge für das Heizmedium sind dann
noch ein Indiz für
die Position des Wärmetauschers.
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Aufgrund
des demgemäss
erheblich reduzierten Wärmetauscherdurchmessers
ist es auf keinen Fall möglich,
an den axialen Gehäusestirnseiten die
Anschlüsse
sowohl für
das Badewasser als auch für
das Heizungswasser vorzusehen, weshalb die radiale Orientierung
der Heizungswasseranschlüsse im
vorliegenden Anwendungsfall nicht zu umgehen ist. Diese radiale
Orientierung entspricht aber auch den erforderlichen Einbaubedingungen
dergestalt, dass die Heizungswasseranschlüsse ausgehend von der Badewasserleitung
und dem Wärmetauscher
in Richtung einer benachbart angeordneten Heizeinrichtung orientiert
sein müssen.
Wie vorstehend erwähnt
erstreckt sich die vorliegende Erfindung aber auch auf Bauformen,
bei denen die Anschlüsse
für beide
Medien das Gehäuse
in Axialrichtung verlassen.
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Die
durch das enge Wendeln des Wellschlauchs möglich gewordenen beengten Platzverhältnisse
beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher lassen
sich nur dadurch ausnutzen bzw. verwirklichen, dass ein quasi blindes
Ineinanderstecken der Gehäuseteile
einerseits und der Leitungselemente andererseits erfolgt; also erst
durch die erfindungsgemäße Montage
von Wellschlauch- und Krümmerendabschnitten
kann der Wärmetauscher
insgesamt so klein und einfach aufgebaut sein, wie es an sich aufgrund
der Wendelabmessungen möglich
ist.