-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher. Insbesondere betrifft
die Erfindung einen bithermischen Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher, der eine bevorzugte,
aber nicht ausschließliche
Verwendung als bithermischer Gas-Wasser-Wärmetauscher bei Wassererhitzungsgeräten für den Hausgebrauch
oder für
die Verwendung in Gebäudeblöcken findet.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche wird
der Ausdruck "bithermischer Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher" verwendet, um einen
Wärmetauscher
zu bezeichnen, der einen Wärmeaustausch
zwischen einem Gas, das außerhalb des
Wärmetauschers
strömt,
einer ersten als Wärmeträger dienenden
Flüssigkeit,
die sich in wärmetauschender
Verbindung mit dem Gas befindet, und einer zweiten als Wärmeträger dienenden
Flüssigkeit,
die sich in wärmetauschender
Verbindung mit dem Gas und/oder der ersten als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit
befindet, erlaubt. Insbesondere besteht im Falle der Verwendung
in Wassererhitzungsgeräten
die erste als Wärmeträger dienende Flüssigkeit
im Allgemeinen aus Wasser zum Heizen von Räumen oder Frischwasser, während die
zweite als Wärmeträger dienende
Flüssigkeit
im Allgemeinen aus Sanitärwasser
besteht.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche wird
die Bezeichnung "als
Wärmeträger dienende
Flüssigkeit" verwendet, um jede Flüssigkeit
zu bezeichnen, die geeignet ist, Wärme aus externen Wärmequellen
zu empfangen oder sie dorthin abzugeben und die Wärme zu verschiedenen Punkten
eines Systems zu transportieren, wo eine solche Flüssigkeit
zirkuliert.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen bithermischen
Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher zu schaffen, insbesondere
einen bithermischen Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher für ein Wassererhitzungsgerät, der konstruktiv
einfacher und leichter herzustellen ist im Vergleich zu bekannten Wärmetauschern
vergleichbarer Leistung.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft deshalb einen bithermischen Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher, der aufweist:
- – eine
Mehrzahl von ersten Röhrenleitungen
zum Zirkulieren einer ersten als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit;
- – eine
Mehrzahl von zweiten Röhrenleitungen zum
Zirkulieren einer zweiten als Wärmeträger dienenden
Flüssigkeit,
wobei die zweiten Röhrenleitungen
innerhalb der ersten Röhrenleitungen angeordnet
sind;
- – wenigstens
ein Eingangsanschlussstück
und wenigstens ein Auslassanschlussstück der zweiten als Wärmeträger dienenden
Flüssigkeit,
die mit einem freien Ende einer ersten und einer zweiten Röhrenleitung
aus der Mehrzahl von zweiten Röhrenleitungen
verbunden sind,
-
dadurch
gekennzeichnet, dass das Eingangsanschlussstück und Auslassanschlussstück der zweiten
als Wärmeträger dienenden
Flüssigkeit integral
am freien Ende der ersten und zweiten Röhrenleitung aus der Mehrzahl
von zweiten Röhrenleitungen
ausgebildet sind.
-
Diese
Lösung
ermöglicht
vorteilhafterweise, dass ein bithermischer Wärmetauscher erhalten wird,
der konstruktiv einfacher ist als bekannte Wärmetauscher von vergleichbarer
Leistung und Dimensionierung.
-
Dank
der Tatsache, dass das Eingangsanschlussstück und das Auslassanschlussstück der zweiten
als Wärmeträger dienenden
Flüssigkeit
integral ausgebildet sind, ist es in der Tat vorteilhafterweise
möglich,
die Verwendung von geschweißten
Anschlussstücken
zu vermeiden, die den Herstellungsprozess des Wärmetauschers komplexer machen.
-
Diese
Komplikation macht sich insbesondere bemerkbar, wenn die Anschlussstücke aus
einem Material hergestellt sind, das sich von dem Material der zweiten
Röhrenleitungen
unterscheidet, was in der überwältigenden
Mehrheit von Fällen
im Wesentlichen aus Kostengründen
geschieht. In der Tat verwenden solche Hersteller von Wärmetauschern üblicherweise
Röhrenleitungen
aus Kupfer und Anschlussstücke
aus Messinglegierungen, einem Material, das weniger teuer ist als
das zuvor genannte und dennoch mechanisch auf die gewünschte Weise
bearbeitet werden kann.
-
In
diesem Fall können
neben den Problemen, die mit dem Schweißen zwischen den unterschiedlichen
Materialien verbunden sind, Probleme beim Schweißlöten auftreten, dem der Wärmetauscher
nachfolgend unterzogen werden muss, da Komponenten der Schweißle gierung,
die verwendet wird, um die Anschlussstücke zu schweißen, sich
im Schweißlötofen niederschlagen
können,
wodurch dieser beschädigt
wird oder der Ertrag verringert wird.
-
Die
Verwendung von Anschlussstücken
aus einer Messinglegierung kann sich auch negativ auf das Gleichgewicht
der gesteuerten Atmosphäre
des Schweißlötofens auswirken,
und zwar als Folge der teilweisen Verdampfung von Zink (eine der
Komponenten der Legierung), das einen negativen Einfluss auf die
Qualität
der erhaltenen Schweißstellen
haben kann.
-
Im
Gegensatz hierzu ermöglicht
die integrale Ausbildung der Anschlussstücke vorteilhafterweise nicht
nur, dass die zuvor erwähnten
Herstellungsprobleme vermieden werden, sondern auch, dass die Wahrscheinlichkeit
von Verlusten oder Bruchstellen, die an strukturell schwächeren Zonen
auftreten können,
wie zum Beispiel an der Schweißwulst,
im Wesentlichen auf null reduziert werden kann.
-
-
Die Konstruktion eines bithermischen Wärmetauschers gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
auch eine vorteilhafte Vereinfachung des Herstellungsprozesses des
Wärmetauschers
selbst, da die Schritte des Schweißens der äußeren Anschlussstücke und
des nachfolgenden Testens der Dichtheit der Schweißstellen
vermieden werden kann.
-
Deshalb
ist es klar, dass die vorliegende Erfindung nicht nur einen bithermischen
Wärmetauscher
schafft, der konstruktiv einfacher ist, sondern auch eine vorteilhafte
Reduzierung der Herstellungskosten erzielt wird.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile eines bithermischen Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung
sollen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die zum
Zwecke der Darstellung dient und nicht beschränkend auszulegen ist, unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden.
-
1 ist eine Perspektivansicht,
die teilweise den Querschnitt zeigt, einer bevorzugten Ausführungsform
eines bithermischen Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ist eine Querschnittsansicht
in Längsrichtung
des Wärmetauschers
aus 1;
-
3 ist eine Frontansicht
des Wärmetauschers
aus 1 in Richtung des
Pfeils A aus 2;
-
4 ist eine Querschnittsansicht
in Längsrichtung
einer alternativen Ausführungsform
des Wärmetauschers
aus 1; und
-
5 ist eine Frontansicht
des Wärmetauschers
aus 4 in Richtung des
Pfeils A aus 4.
-
In
diesen Figuren ist ein bithermischer Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen mit 1 bezeichnet.
-
Der
Wärmetauscher 1 ist
insbesondere ein bithermischer Gas-Wasser-Wärmetauscher für ein Wassererhitzungsgerät, das gleichzeitig
zum Erhitzen von Wasser für
das Erwärmen
von Räumen
oder Frischwasser und Sanitärwasser
geeignet ist, an sich bekannt und deshalb nicht dargestellt ist.
-
Der
Wärmetauscher 1 weist
(1) eine Mehrzahl von
ersten Röhrenleitungen 2 auf,
die im Wesentlichen gerade und parallel zueinander ausgerichtet
sind, in denen eine entsprechende Mehrzahl von zweiten Röhrenleitungen 3 angeordnet
ist. Zwischen jeder äußeren Röhrenleitung 2 und
der entsprechenden inneren Röhrenleitung 3 ist
daher wenigstens ein Hohlraum 4 für die Zirkulation des Wassers
zum Erwärmen
von Räumen
definiert, wobei das Sanitärwasser
innerhalb der Röhrenleitungen 3 zirkuliert
wird.
-
In
der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Röhrenleitungen 2 verbunden, und
zwar vorzugsweise an axial gegenüberliegenden Seiten
mit entsprechenden Rohrverbindern 5, 6 für das Frischwasser,
das sich in Fluidverbindung mit den Hohlräumen 4 befindet.
-
Auf
diese Weise definieren die Hohlräume 4 und
die Rohrverbinder 5 und 6 einen ersten Flüssigkeitsweg
im Wärmetauscher 1,
der zur Zirkulation des Frischwassers gedacht ist, während die
Röhrenleitungen 3 einen
zweiten Flüssigkeitsweg
definieren, der zur Zirkulation des Sanitärwassers gedacht ist.
-
Ein
Eingangsanschlussstück 13 und
ein Auslassanschlussstück 15 des
Sanitärwassers
sind integral an freien Enden 12, 14 einer ersten
und einer zweiten Röhrenleitung
aus der Mehrzahl von Röhrenleitungen 3,
in den Figuren mit Bezugsziffern 3a und 3b bezeichnet,
ausgebildet.
-
Vorzugsweise
sind die Röhrenleitungen 3a und 3b an
seitlich gegenüberliegenden
Seiten bezüglich
der Mehrzahl von Röhrenleitungen 3 angeordnet
(s. 1).
-
Vorzugsweise
sind die Anschlussstücke 13, 15 integral
an einer in axialer Richtung äußeren Position
bezüglich
der Rohrverbinder 5, 6 ausgebildet.
-
Jeder
Rohrverbinder 5, 6 weist eine Rückwand 9 und
eine Frontwand 10 auf, die vorzugsweise im Wesentlichen
eben und parallel zueinander sind.
-
An
den Rückwänden 9 ist
eine Mehrzahl von Öffnungen 91 ausgebildet,
die darauf ausge richtet sind, die axial gegenüberliegenden Enden der Röhrenleitungen 2 aufzunehmen.
An den Frontwänden 10 ist
eine entsprechende Mehrzahl von Öffnungen 101 ausgebildet,
die darauf ausgerichtet sind, die axial gegenüberliegenden Enden der Röhrenleitungen 3 aufzunehmen,
die sich innerhalb der Rohrverbinder 5, 6 erstrecken,
bis sie im Wesentlichen aus den Frontwänden 10 bei diesen Öffnungen 101 heraustreten,
wie deutlicher in 4 und 5 dargestellt ist.
-
Dies
ermöglicht
sowohl die integrale Ausbildung der Anschlussstücke 13, 15 wie
oben beschrieben, als auch die Herstellung einer Verbindung zwischen
den Röhrenleitungen 3,
was im Folgenden näher
erläutert
wird.
-
Auf
der Frontwand 10 der Rohrverbinder 6 sind geeignete
Anschlusselemente (nicht dargestellt) zwischen Wärmetauscher 1 und
einem externen Frischwasserkreislauf (ebenfalls nicht gezeigt) ausgebildet.
-
Die
Röhrenleitungen 2 sind
vorzugsweise verbunden, um wenigstens teilweise miteinander in Reihe
geschaltet zu sein.
-
Die
Röhrenleitungen 3 sind
ebenfalls vorzugsweise in Reihe miteinander verbunden; noch mehr
bevorzugt sind die Röhrenleitungen 3 miteinander
verbunden, so dass sie einen im Wesentlichen gewundenen Weg definieren,
der sich zwischen dem Eingangsanschlussstück 13 und dem Auslassanschlussstück 15 des
Sanitärwassers
erstreckt. Ein solcher Weg wird erhalten, indem eine Mehrzahl von U-förmigen Anschlussstücken 11 mit
Paaren von freien Enden der Röhrenleitungen 3 an
den Öffnungen 101 verbunden
werden, die an den Frontwänden 10 der
Rohrverbinder 5, 6 ausgebildet sind.
-
Vorzugsweise
sind die Röhrenleitungen 3 koaxial
in den Röhrenleitungen 2 angeordnet,
damit eine optimale Verteilung des Stroms von Frischwasser in dem
Hohlraum 4 erhalten wird.
-
Vorzugsweise
variiert der Querschnitt der Röhrenleitungen 3 in
axialer Richtung, wobei er vorzugsweise im Wesentlichen lanzettenförmig bei
den Röhrenleitungen 2,
vorzugsweise im Wesentlichen elliptisch bei den Rohrverbindern 5, 6 und
an den Öffnungen 101 und
vorzugsweise im Wesentlichen rund an den Anschlussstücken 13, 15 ist.
-
-
Vorzugsweise ist der Querschnitt der Röhrenleitungen 2 statt
dessen in axialer Richtung gleichbleibend und noch mehr bevorzugt
im Wesentlichen elliptisch.
-
Vorzugsweise
weist der Wärmetauscher 1 auch
eine Mehrzahl von Wärmetauscherrippen 7 (in 1 lediglich teilweise dargestellt)
auf, die extern mit den Röhrenleitungen 2 z.B.
durch Schweißlöten verbunden
sind. Solche Wärmetauscherrippen 7 sind vorzugsweise
parallel und mit Zwischenräumen
beabstandet angeordnet; sie sind zwischen den Rohrverbindern 5, 6 angeordnet
und bilden zusammen mit den Röhrenleitungen 2 und 3 ein
geripptes Röhrenbündel, das
allgemein mit 8 bezeichnet wird.
-
Vorzugsweise
bestehen die Röhrenleitungen 2,
die Röhrenleitungen 3 und
somit die Anschlussstücke 13, 15,
die Rippen 7 und die Rohrverbinder 5, 6 aus
einem geeigneten Metall mit guten Wärmeleiteigenschaften, z.B.
Kupfer.
-
Die
Anschlussstücke 13, 15,
die integral mit den Röhrenleitungen 3a und 3b ausgebildet
sind, können
durch einen Kunststoffdeformationsprozess der freien Enden 12, 14 dieser
Röhrenleitungen
erhalten werden, der an sich bekannt ist und hier nicht weiter beschrieben
wird.
-
Vorzugsweise
wird die Bildung der Anschlussstücke 13, 15 durchgeführt, nachdem
der Wärmetauscher 1 vollständig zusammengesetzt
und dem Schweißlöten unterzogen
wurde, um mögliche Deformationen
zu vermeiden, denen die Anschlussstücke 13, 15 im
Schweißlötofen unterworfen
sein könnten.
-
Wenn
die Anschlussstücke 13, 15 ausgebildet
sind, sind sie vorzugsweise bereits so ausgestaltet, dass sie mit
den Anschlusselementen des Wassererrhitzungsgeräts zusammenpassen, für das der Wärmetauscher 1 gedacht
ist, so dass eine vorteilhafte Flexibilität beim Gebrauch des Wärmetauschers 1 erzielt
wird.
-
In Übereinstimmung
mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform können die
Anschlussstücke 13, 15 im
Wesentlichen gerade sein, wie in 1, 2 und 3 dargestellt.
-
In
einer alternativen bevorzugten Ausführungsform können die
Anschlussstücke 13, 15 wenigstens
einen im Wesentlichen Winkelstück-förmigen Abschnitt 16 wie
in 4 und 5 dargestellt aufweisen.
-
Insbesondere
ist es möglich,
Anschlussstücke 13, 15 mit
einem Winkelstück
von etwa 90° vorzusehen,
sobald die Verbindung mit dem Wassererrhitzungsgerät es erfordert.
-
Offensichtlich
können
Fachleute weitere Modifikationen und Varianten für die oben beschriebene Erfindung
einführen,
um spezielle und eventuelle Anwendungserfordernisse zu erfüllen, wobei
solche Modifikationen und Varianten ohnehin in den Schutzbereich
fallen, wie er durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.