DE202021002904U1 - Heat exchanger arrangement with separate condensate and safety collecting tray - Google Patents

Heat exchanger arrangement with separate condensate and safety collecting tray Download PDF

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Abstract

Wärmetauscheranordnung mit einem Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von Luft oder einem Gas auf ein Fluid oder umgekehrt, wobei der Wärmetauscher aus mindestens einem linken vertikalen Rahmenteil 4, einem rechten vertikalen Rahmenteil 5, einem Rohrbündel 2 zur Durchströmung mit Fluid besteht, mit einem zwischen den vertikalen Rahmenteilen 4, 5 liegenden geraden horizontalen Rohrabschnitten 6, wobei die Umlenkungen 7 und die Rohranschlüsse 8 des Rohrbündels 2 links des linken vertikalen Rahmenteils 4 und rechts des rechten vertikalen Rahmenteils 5 liegen, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Wärmetauscher drei Wannen angeordnet sind, wobei die linke und die rechte Wanne als Sicherheitsauffangwannen 11, 12 für austretendes Fluid im Leckagefall ausgebildet sind und die mittlere Wanne als Kondensatauffangwanne 9 ausgebildet ist, die beim Wärmetauscherbetrieb anfallendes Kondensat auffängt, wobei das untere Ende des linken vertikalen Rahmenteils 4 mit einem linken Schenkel 13 und einem rechten Schenkel 14 ausgebildet ist, und der linke Schenkel 13 einen von oben kommenden Fluidstrom in die linken Sicherheitsauffangwanne 11 leitet, der rechte Schenkel 14 einen von oben kommenden Kondensatstrom in die Kondensatauffangwanne 9 leitet, wobei das untere Ende des rechten vertikalen Rahmenteils 5 mit einem linken Schenkel 13 und einem rechten Schenkel 14 ausgebildet ist, der rechte Schenkel 14 des rechten vertikalen Rahmenteils 5 einen von oben kommenden Fluidstrom in die rechte Sicherheitsauffangwanne 12 leitet und der linke Schenkel 13 des rechten vertikalen Rahmenteils 5 einen von oben kommenden Kondensatstrom in die Kondensatwanneauffangwanne 9 leitet.Heat exchanger arrangement with a heat exchanger for heat transfer from air or a gas to a fluid or vice versa, the heat exchanger consisting of at least one left vertical frame part 4, a right vertical frame part 5, a tube bundle 2 for fluid to flow through, with one between the vertical frame parts 4 , 5 lying straight horizontal pipe sections 6, the deflections 7 and the pipe connections 8 of the pipe bundle 2 to the left of the left vertical frame part 4 and to the right of the right vertical frame part 5, characterized in that three pans are arranged under the heat exchanger, the left and the right tub is designed as safety collecting tubs 11, 12 for escaping fluid in the event of a leak and the middle tub is designed as a condensate collecting tub 9, which collects condensate occurring during heat exchanger operation, the lower end of the left vertical frame part 4 with a left leg 13 and a right right leg 14 is formed, and the left leg 13 directs a fluid flow coming from above into the left safety collecting pan 11, the right leg 14 directing a condensate flow coming from above into the condensate collecting pan 9, the lower end of the right vertical frame part 5 with a left Leg 13 and a right leg 14 is formed, the right leg 14 of the right vertical frame part 5 directs a fluid flow coming from above into the right safety collecting pan 12 and the left leg 13 of the right vertical frame part 5 directs a condensate flow coming from above into the condensate collecting pan 9 .

Description

Technisches GebietTechnical area

Wärmetauscher zur Übertragung von thermischer Energie eines Luft- oder Gasstroms auf einen Flüssigkeitskreislauf sind seit Langem bekannt. Eine bevorzugte Bauart besteht gemäß 1 aus einem Rahmen 1, der ein Rohrbündel 2 aufnimmt. Der Rahmen 1 besteht typischerweise aus mindestem einem horizontalen Rahmenteil 3, einem linken vertikalen Rahmenteil 4 und einem rechten vertikalen Rahmenteilen 5. Das Rohrbündel 2 besteht aus geraden horizontalen Rohrabschnitten 6 zwischen dem linken vertikalen Rahmenteil 4 und dem rechten vertikalen Rahmenteil 5. Weiterhin besteht das Rohrbündel 2 aus Umlenkungen 7 und Rohrannschlüssen 8 außerhalb der vertikalen Rahmenteilen 4, 5. Zur besseren Wärmeübertragung können die geraden horizontalen Rohrabschnitte 6 zwischen den zwei vertikalen Rahmenteilen 4, 5 mit Lamellen versehen sein.Heat exchangers for transferring thermal energy from an air or gas flow to a liquid circuit have long been known. A preferred design is according to 1 from a frame 1 holding a tube bundle 2 records. The frame 1 typically consists of at least one horizontal frame part 3 , a left vertical frame part 4th and a right vertical frame member 5 . The tube bundle 2 consists of straight horizontal pipe sections 6th between the left vertical frame part 4th and the right vertical frame part 5 . The tube bundle also exists 2 from diversions 7th and pipe connections 8th outside the vertical frame parts 4th , 5 . For better heat transfer, the straight horizontal pipe sections 6th between the two vertical frame parts 4th , 5 be provided with slats.

Stand der Technik, Mängel, ProblemeState of the art, deficiencies, problems

Fällt durch Abkühlung der Luft beim Passieren des Wärmetauschers Kondensat an, so läuft es an den Lamellen und den vertikalen Rahmenteilen 4, 5 nach unten, wo es typischerweise in einer Auffangwanne gesammelt wird. Die Auffangwanne ist an eine Kondensatzleitung angeschlossen, durch die das Kondensat abgeführt und in's Freie oder in eine Abwasserleitung geleitet wird. Durch das Rohrbündel 2 fließt ein Fluid, das die Energie der Luft aufnimmt und beispielsweise einer Wärmepumpe zur Verfügung stellt. Beim Fluid handelt es sich typischerweise um ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel, das aufgrund seiner Umweltschädlichkeit nicht in die Umwelt gelangen darf. Im Falle einer Leckage des Rohrbündels 2 tritt Fluid aus, gelangt in die Auffangwanne und würde ohne weitere Maßnahmen durch die Kondensatleitung in die Umwelt oder in's Abwasser gelangen. Eine nach dem Stand der Technik bekannte, aufwändige, teure Lösung ist die Installation eines Ventils in der Kondensatleitung, das durch eine Steuerung kraftbetätigt geschlossen wird, sobald eine Sensorik den Bedarf dazu, also die Undichtheit des Rohrbündels, erkennt. Typischerweise wird dabei ein elektrischer Druckschalter oder Drucksensor im Fluidkreislauf eingesetzt, der bei Druchabfall das Ventil motorisch oder mittels Feder/Magnetkraft verschließt. Das System enthält mindestens drei Komponenten: Ventilantrieb, Steuerung, Drucksensor oder Druckschalter. Das Ventil und der Ventilantrieb enthalten bewegte Teile, die dem Verschleiß unterliegen.If condensate accumulates as the air cools down when it passes through the heat exchanger, it runs on the fins and the vertical frame parts 4th , 5 down, where it is typically collected in a drip pan. The drip pan is connected to a condensate line through which the condensate is drained and discharged into the open air or into a sewer. Through the tube bundle 2 A fluid flows that absorbs the energy in the air and makes it available to a heat pump, for example. The fluid is typically a mixture of water and an anti-freeze agent which, due to its harmfulness to the environment, must not be allowed to enter the environment. In the event of a tube bundle leak 2 if fluid escapes, it gets into the collecting pan and without further measures would get through the condensate line into the environment or into the sewage. A complex, expensive solution known from the prior art is the installation of a valve in the condensate line, which is closed in a force-operated manner by a control as soon as a sensor system detects the need for this, i.e. the leakage of the tube bundle. Typically, an electrical pressure switch or pressure sensor is used in the fluid circuit, which closes the valve with a motor or by means of a spring / magnetic force when the pressure drops. The system contains at least three components: valve drive, control, pressure sensor or pressure switch. The valve and the valve drive contain moving parts that are subject to wear.

Ausführungsbeispiel, BeschreibungEmbodiment, description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein einfaches System zur Vermeidung von umweltschädlichem Fluideintrag in die Umwelt, ohne bewegliche Teile und ohne dem Einsatz von Energie zum Betrieb von Antrieben, Steuerung und Sensorik, wobei das beim Betrieb anfallende Kondensat in's Freie oder in eine Abwasserleitung geleitet wird.The subject of the present invention is a simple system for avoiding environmentally harmful fluid entry into the environment, without moving parts and without the use of energy for the operation of drives, controls and sensors, whereby the condensate occurring during operation is discharged into the open or into a sewer.

Vorgeschlagen wird System mit drei Wannen. 2 zeigt in der Vorderansicht ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführung. Die mittlere Wanne ist als Kondensatauffangwanne 9 mit Kondensatablauf 10 ausgebildet. Die linke und die rechte Auffangwanne ist jeweils als linke Sicherheitsauffangwanne 11 und rechte Sicherheitsauffangwanne 12 zum Auffangen von austretendem Fluid ausgebildet.A system with three tanks is proposed. 2 shows in the front view an example of an embodiment according to the invention. The middle pan is used as a condensate collecting pan 9 with condensate drain 10 educated. The left and right collecting basins are each used as a left safety collecting basin 11 and right safety drip tray 12th designed to collect escaping fluid.

Die beiden vertikalen Rahmenteile 4, 5 des Wärmetauschers sind so geschlossen dass sie gegenüber Fluideintrag von links und rechts in den mittleren Wärmetauscherbereich dicht sind. Am unteren Ende sind die beiden vertikalen Rahmenteile 4, 5 mit einem linken Schenkel 13 und einem rechten Schenkel 14 ausgebildet, wobei der linke Schenkel 13 des linken vertikalen Rahmenteils 4 einen von oben kommenden Fluidstrom in die linken Sicherheitsauffangwanne 11 leitet, der rechte Schenkel 14 des linken vertikalen Rahmenteils 4 einen von oben kommenden Kondensatstrom in die Kondensatauffangwanne 9 leitet, der rechte Schenkel 14 des rechten vertikalen Rahmenteils 5 eine von oben kommenden Fluidstrom in die rechte Sicherheitsauffangwanne 12 leitet und der linke Schenkel 13 des rechten vertikalen Rahmenteils 5 einen von oben kommenden Kondensatstrom in die Kondensatwanneauffangwanne 9 leitet.The two vertical frame parts 4th , 5 of the heat exchanger are closed in such a way that they are sealed against fluid entry from the left and right into the central heat exchanger area. At the lower end are the two vertical frame parts 4th , 5 with a left thigh 13th and a right thigh 14th formed, with the left leg 13th of the left vertical frame part 4th a flow of fluid coming from above into the left safety collecting pan 11 directs, the right thigh 14th of the left vertical frame part 4th a condensate stream coming from above into the condensate collecting tray 9 directs, the right thigh 14th of the right vertical frame part 5 a flow of fluid coming from above into the right safety catch basin 12th heads and the left thigh 13th of the right vertical frame part 5 a condensate stream coming from above into the condensate pan collecting pan 9 directs.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung, bei der drei Seitenwände der linken Sicherheitsauffangwanne 11 und drei Seitenwände der rechten Sicherheitsauffangwanne 12 als Spritzschutz hochgezogen sind, so dass bei Leckage im rechten oder im linken Teil des Wärmetauschers Spritzer aufgefangen und nach unten geleitet werden.Die Kondensatauffangwanne 9 wurde der Übersichtlichkeit halber in dieser Darstellung weggelassen. 3 shows an embodiment according to the invention, in which three side walls of the left safety drip tray 11 and three side walls of the right safety drip tray 12th are pulled up as a splash guard so that in the event of a leak in the right or left part of the heat exchanger, splashes are caught and directed downwards 9 has been omitted from this illustration for the sake of clarity.

Basis für die Funktion des Systems ist, dass die geraden horizontalen Rohrabschnitte 6 in der Mitte zwischen linkem horizontalem Rahmenteil 4 und rechtem horizontalem Rahmenteil 5 so ausgeführt sind, dass hier die Wahrscheinlichkeit einer Leckage praktisch Null ist, wogegen für die Teile des Rohrbündels 2, die links des linken vertikalen Rahmenteils 4 und rechts des rechten vertikalen Rahmenteils 5 liegen, eine normalen technisch zu erwarteten Wahrscheinlichkeit einer Leckage innerhalb der Lebenszeit des Wärmetauschers zu erwarten ist. Dies wird erfindungsgemäß durch eine oder mehrere der folgenden Merkmale realisiert:

  • - Die Rohrverbindungen 15 an den Umlenkungen 7, die die Umlenkungen mit den geraden Rohrteilen verbinden, werden typischereweise durch Schweißen, Hartlöten oder durch andere Fügeverfahren realisiert. Rohrverbindungen 15 und Umlenkungen 7 stellen Schwachstellen im Rohrbündel 2 dar, welche eine vielfach höhere Ausfall- und damit Leckagewahrscheinlichkeit als die geraden horizontalen Rohrabschnitte 6 haben.
  • - Die Umlenkungen 7 des Rohrbündels links und rechts der Rahmenteile werden typischerweise und erfindungsgemäß durch Biegen hergestellt. Dadurch wird das Rohrmaterial gestreckt und gestaucht, was einer Vorbelastung des Materials in diesem Bereich darstellt und damit die Ausfall- und Leckagewahrscheinlichkeit deutlich erhöht gegenüber den geraden horizontalen Rohrabschnitten 6.
  • - Es werden Berstelemente 16 links und rechts der vertikalen Rahmenteile 4, 5 in das Rohrbündel eingebaut, die bei einem Druck versagen, der mit einem angemessenen Sicherheitsfaktor niedriger ist als der Berstdruck des Rohrbündels und insbesondere der geraden horizontalen Rohrabschnitte 6.
  • - Für die geraden horizontalen Rohrabschnitte 6 werden besondere qualitätssichernde Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass diese während der gesamten Betriebszeit des Wärmetauschers keine Leckage aufweisen werden und die Leckagewahrscheinlichkeit relativ zu den Teilen des Rohrbündels 2, die links des linken vertikalen Rahmenteils 4 und rechts des rechten vertikalen Rahmenteils 5 liegen, um Größenordnungen senkt. Als qualitätssichernden Maßnahmen werden erfindungsgemäß vorgeschlagen:
    • o Wandstärkenprüfung, einmalig beim Bau des Wärmetauschers oder regelmäßig während des Betriebs
    • o Zerstörende Druckprüfung an Rohrproben aus der gleichen Charge wie die verbauten Rohre in den geraden horizontalen Rohrabschnitten 6 zur Feststellung, ob der tatsächliche Berstdruck ausreichend hoch ist
    • ◯ Optische Inspektion zur Festellung, dass die Rohre keine Beschädigungen oder Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche, sowohl innen und/oder auch aussen aufweisen.
The basis for the function of the system is that the straight horizontal pipe sections 6th in the middle between the left horizontal frame part 4th and right horizontal frame part 5 are designed so that the probability of a leak is practically zero here, whereas for the parts of the tube bundle 2 , the left of the left vertical frame part 4th and to the right of the right vertical frame part 5 lie, a normal technically expected probability of a leak is to be expected within the life of the heat exchanger. According to the invention, this is implemented by one or more of the following features:
  • - The pipe connections 15th at the deflections 7th that connect the deflections with the straight pipe parts are typically realized by welding, brazing or other joining processes. Pipe connections 15th and diversions 7th create weak points in the tube bundle 2 which has a much higher probability of failure and thus leakage than the straight horizontal pipe sections 6th to have.
  • - The diversions 7th of the tube bundle on the left and right of the frame parts are typically and according to the invention produced by bending. As a result, the pipe material is stretched and compressed, which represents a pre-load on the material in this area and thus significantly increases the probability of failure and leakage compared to the straight horizontal pipe sections 6th .
  • - There will be bursting elements 16 left and right of the vertical frame parts 4th , 5 incorporated in the tube bundle which will fail at a pressure which is lower with a reasonable safety factor than the burst pressure of the tube bundle and in particular of the straight horizontal pipe sections 6th .
  • - For the straight horizontal pipe sections 6th special quality assurance measures are taken to ensure that these will not leak during the entire operating time of the heat exchanger and that the leakage probability is relative to the parts of the tube bundle 2 , the left of the left vertical frame part 4th and to the right of the right vertical frame part 5 lie down by orders of magnitude. According to the invention, the following are proposed as quality assurance measures:
    • o Wall thickness test, once during the construction of the heat exchanger or regularly during operation
    • o Destructive pressure test on pipe samples from the same batch as the pipes installed in the straight horizontal pipe sections 6th to determine whether the actual burst pressure is sufficiently high
    • ◯ Optical inspection to determine that the pipes have no damage or irregularities on the surface, either inside and / or outside.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Rahmenframe
22
RohrbündelTube bundle
33
horizontales Rahmenteilhorizontal frame part
44th
linkes vertikalen Rahmenteilleft vertical frame part
55
rechtes vertikalen Rahmenteilright vertical frame part
66th
gerade horizontale Rohrabschnittestraight horizontal pipe sections
77th
UmlenkungenDiversions
88th
RohranschlüssePipe connections
99
KondensatauffangwanneCondensate collecting tray
1010
KondensatablaufCondensate drain
1111
linke Sicherheitsauffangwanneleft safety drip tray
1212th
rechte Sicherheitsauffangwanneright safety catch basin
1313th
linker Schenkelleft thigh
1414th
rechter Schenkelright thigh
1515th
RohrverbindungenPipe connections
1616
BerstelementBursting element

Claims (4)

Wärmetauscheranordnung mit einem Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von Luft oder einem Gas auf ein Fluid oder umgekehrt, wobei der Wärmetauscher aus mindestens einem linken vertikalen Rahmenteil 4, einem rechten vertikalen Rahmenteil 5, einem Rohrbündel 2 zur Durchströmung mit Fluid besteht, mit einem zwischen den vertikalen Rahmenteilen 4, 5 liegenden geraden horizontalen Rohrabschnitten 6, wobei die Umlenkungen 7 und die Rohranschlüsse 8 des Rohrbündels 2 links des linken vertikalen Rahmenteils 4 und rechts des rechten vertikalen Rahmenteils 5 liegen, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Wärmetauscher drei Wannen angeordnet sind, wobei die linke und die rechte Wanne als Sicherheitsauffangwannen 11, 12 für austretendes Fluid im Leckagefall ausgebildet sind und die mittlere Wanne als Kondensatauffangwanne 9 ausgebildet ist, die beim Wärmetauscherbetrieb anfallendes Kondensat auffängt, wobei das untere Ende des linken vertikalen Rahmenteils 4 mit einem linken Schenkel 13 und einem rechten Schenkel 14 ausgebildet ist, und der linke Schenkel 13 einen von oben kommenden Fluidstrom in die linken Sicherheitsauffangwanne 11 leitet, der rechte Schenkel 14 einen von oben kommenden Kondensatstrom in die Kondensatauffangwanne 9 leitet, wobei das untere Ende des rechten vertikalen Rahmenteils 5 mit einem linken Schenkel 13 und einem rechten Schenkel 14 ausgebildet ist, der rechte Schenkel 14 des rechten vertikalen Rahmenteils 5 einen von oben kommenden Fluidstrom in die rechte Sicherheitsauffangwanne 12 leitet und der linke Schenkel 13 des rechten vertikalen Rahmenteils 5 einen von oben kommenden Kondensatstrom in die Kondensatwanneauffangwanne 9 leitet.Heat exchanger arrangement with a heat exchanger for heat transfer from air or a gas to a fluid or vice versa, the heat exchanger consisting of at least one left vertical frame part 4, a right vertical frame part 5, a tube bundle 2 for fluid to flow through, with one between the vertical frame parts 4 , 5 lying straight horizontal pipe sections 6, the deflections 7 and the pipe connections 8 of the pipe bundle 2 to the left of the left vertical frame part 4 and to the right of the right vertical frame part 5, characterized in that three pans are arranged under the heat exchanger, the left and the right tub is designed as safety collecting tubs 11, 12 for escaping fluid in the event of a leak and the middle tub is designed as a condensate collecting tub 9, which collects condensate occurring during heat exchanger operation, the lower end of the left vertical frame part 4 with a left leg 13 and a r real leg 14 is formed, and the left leg 13 directs a fluid flow coming from above into the left safety collecting pan 11, the right leg 14 directing a condensate flow coming from above into the condensate collecting pan 9, the lower end of the right vertical frame part 5 with a left Leg 13 and a right leg 14 is formed, the right leg 14 of the right vertical frame part 5 directs a fluid flow coming from above into the right safety collecting pan 12 and the left leg 13 of the right vertical frame part 5 directs a condensate flow coming from above into the condensate collecting pan 9 . Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass links des linken vertikalen Rahmenteils 4 und/oder rechts des rechten vertikalen Rahmenteils 5 im Rohrbündel 2 ein oder mehrere Berstelemente 16 angeordnet sind, die bei einem spezifizierten Fluiddruck zerstört werden und austretendes Fluid in die linke und/oder die rechte Auffangwanne gelangen lassen und der Berstdruck der Berstelemente 16 unter dem Berstdruck der geraden horizontalen Rohrabschnitte 6 liegen.Heat exchanger arrangement according to Claim 1 characterized in that left of the left vertical frame part 4 and / or right of the right vertical frame part 5 in the tube bundle 2 or Several bursting elements 16 are arranged, which are destroyed at a specified fluid pressure and allow escaping fluid to reach the left and / or right collecting pan and the bursting pressure of the bursting elements 16 is below the bursting pressure of the straight horizontal pipe sections 6. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass links des linken vertikalen Rahmenteils 4 und/oder rechts des rechten vertikalen Rahmenteils 5 im Rohrbündel 2 weitere Armaturen des Rohrbündels zum Befüllen und/oder Entleeren und/oder zum Entlüften und/oder zum Anschluss von Sensoren angeordnet sind.Heat exchanger arrangement according to Claim 1 characterized in that further fittings of the tube bundle for filling and / or emptying and / or for venting and / or for connecting sensors are arranged to the left of the left vertical frame part 4 and / or right of the right vertical frame part 5 in the tube bundle 2. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatauffangwanne 9 im mittleren Wärmetauscherabschnitt einen Ablauf zur Ableitung des aufgefangenen Kondensats hat.Heat exchanger arrangement according to Claim 1 characterized in that the condensate collecting tray 9 has a drain in the central heat exchanger section for discharging the collected condensate.
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