DE2241220A1

DE2241220A1 - Waermeaustauscher fuer fluessigkeit unter ueberdruck

Info

Publication number: DE2241220A1
Application number: DE2241220A
Authority: DE
Inventors: Tekn Lic Bengt-Olof In Hecktor
Original assignee: Gustavsbergs Fabriker AB
Current assignee: Gustavsbergs Fabriker AB
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-03-29
Also published as: SE365863B; GB1389850A; IT964375B; DE2241220B2; NL7212124A; ATA773672A; FR2152125A5; US3782335A; CA975230A; AT325728B; BE788445A

Description

AB Gustavsbergs Fabriker, Gustavsberg/Schweden

Wärmeaustauscher für Flüssigkeit unter Überdruck

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher vorzugsweise vcm Speichertyp, für unter Druck stehende Flüssigkeiten der durch eine Trennwand in eine große und eine kleine Kammer unterteilt ist, wobei die Trennwand eine große Fläche im Vergleie h zu einer Fläche aufweist, die im Innern der kleinen Kammer angeordnet ist, die dem Wärmeaustauscher Wärme von außen zuführt,, und wobei die beiden Kammern miteinander über eine öffnung in Verbindung stehen, und die Kaminer des Wärmeaustauschers mit einem Einlauf und einem Auslauf für die zu erwärmende Flüssigkeit versehen ist.

300313/0282

Bei der Erwärmung gewisser Arten von Verbrauchswasser entstehend auf der wärmeübertragenden Ober-

das fläche Ablagerungen, wodurch'Material an genannter Oberfläche Korrosionsschäden erfahren kann. Die wärmeübertragende Oberfläche besteht gewöhnlich aus einer elektrischen Heizpatrone, sie kann aber auch z. B. eine Fernheizschlange sein. Die Ablagerungen an der elektrischen Heizpatrone führen in kurzer Zeit zu einem Verbrennen der Patrone durch Überhitzung, während die Ablagerungen an einer Fernheizschlange den Wärmeübertragungseffekt herabsetzen.

Eine Möglichkeit, genannte Nachteile/in Grenzen zu halten, besteht darin, das Volumen des Wärmeaustauschers mittels einer Trennwand in eine große und eine kleine Kammer zu unterteilen, die voneinander durch eine dünne Trennwand mit großer Fläche getrennt sind. Die Fläche, die dem Gerät Wärme zuführt - die Primärheiz« fläche - ist in der kleinen Kammer angeordnet. Die kleine und die große Kammer sind miteinander über eine öffnung verbunden, die vorzugsweise unterhalb des obersten Teiles der Priraärheizflache liegt. Auf diese Weise erhält die Flüssigkeit in der kleinen und in der großen Kammer denselben Druck. Die Wärme von der Primärheizfläche wird zuerst auf die Flüssigkeit in der kleinen Kammer übertragen und gelangt danach über die Trennwand in die Flüssigkeit in der großen Kanwier. Der Einlauf und der Ablauf der zu erwärmenden Flüssigkeit liegen beide in der großen Kammer. Durch eine niedrige Anordnung der öffnung zwischen der großen und der kleinen Kammer verringert man zusätzlich die (!ofahr von Korrosion und Belagbildung auf der Prirnürhoi..fläche.

•JtlüÖ IM /026?

In bekannten Wärmeaustauschern werden Luft und andere Gase aus der kleinen Kammer dadurch abgeleitet, daß von dem Oberteil der kleinen Kammer eine manuell oder automatisch regelbare Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre ausgeht. Die automatische Entlüftung verlangt aus Koütengründei>eine Verbindung zwischen der Lufttasche und der umgebenden Atmosphäre in der Weise, daß die Luft zu der Entlüftungsanordnung aufsteigt. Es muß also eine' feste Verbindung zwischen der Trennwand zwischen der kleinen und der großen Kammer und der Umhüllung des Wärmeaustauschers vorliegen. Dies bereitet u. a. Schwierigkeiten bei Verwendung von flexiblem Material in der Trennwand und bei der Herstellung einer festen Verbindung der Trennwand mit einer auswechselbaren Primärheizfläche.

Eine manuelle Entlüftungsvorrichtung kann so ausgeführt werden, daß man die Trennwand fest mit einer auswechselbaren Primärheizfläche verbindet. Bei einem Wärmeaustauscher jedoch, bei dem die Flüssigkeit unter Überdruck steht, d. h. bei dem die Flußregelung mittels einer Ventileinrichtung in der Auslaßleitung von Wärmeaustauscher geschieht, ist die Arbeitsweise nicht zufriedenstellend. Es können nämlich dabei starke Druckschwankungen im Wärmeaustauscher auftreten, wodurch der Flüssigkeitsaustausch in der kleinen Kammer durch in ihr evtl. vorhandenes Gas, das bei Drucksenkung aus dor Flüssigkeit frei wird und bei der Drucksenkung expandiert, bedeutend erhöht worden kann.

Als Beispiel hierfür sei die o!iektrische Erwärmung von Verbrauchswassers genannt. Der Druck in einem Wärme-

3 0 9 8 13/026?. ■ - ■

austauscher vom Speichertyp für diesen Zweck beträgt normal bis zu 9 atü. Die Löslichkeit von Luft und anderen Gasen in Wasser liegt bei diesem Druck in der Größenordnung von 0,2 Liter Gas atmosphärischen Druckes pro Liter Wasser. Bei starker Entnahme von Warmwasser kann der Druck im Wärmeaustauscher auf ca. 0,5 atü sinken. Die Löslichkeit von Gas ist dann nur ca. 0,05 Liter Luft pro Liter Wasser. Infolgedessen entsteht eine große Menge Gas In Form von Gasblasen, die sich als Gaskissen im obersten Teil der kleinen Kammer ansammeln. Wenn die kleine Kammer z. B. ein Volumen von 15 Litern hat, beträgt die Größe des Gaskissens ca. 1,5 Liter bei 0,5 atü. Diese Wassermenge wird also von der kleinen Kammer in die große Kammer hinausgepreßt. Bei Beendigung der Warm Wasserentnahme steigt der Druck erneut auf 9 atü, wobei das Gaskissen in erster Linie zu einem Volumen von ca. 0,25 Liter verdichtet wird, und 1,25 Liter Frischwasser von der großen Kammer in die kleine Kammer einströmt. Wenn zu diesem Zeitpunkt keine Entlüftung geschieht, geht das Gas allmählich erneut in Lösung, und der Verlauf wiederholt sich bei der nächsten Entnahme.

Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang kann die · Wasserumsetzung in der kleinen Kammer nicht, wie berechnet, ca. 2$, sondern bedingt durch die normale Wärmeausdehnung des Wassers 10-20$ betragen, d. h. die Wasserumsetzung ist fünf- bis zehnmal größer als berechnet.

Ziel der Erfindung ist daher, einen Wärmeaustauscher der beschriebenen Grundbauweise zu schaffen, bei dem die mit

309813/026?

dem erwähnten Entgasungsproblem verbundenen Nachteile wirksam und mit geringen Kosten beseitigt werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der obere Teil der Trennwand zwischen der kleinen Kammer und der großen Kammer mit einem Ventilmittel zur Ableitung von Gas von der kleinen Kammer in die große Kammer versehen ist, wobei das Ventilmittel so ausgeführt ist, daß der Druckunterschied zwischen dem gasgefüllten oberen Teil der kleinen Kammer und dem entsprechenden Stand in der großen Kammer, der bei öffnen eines am Auslauf angeordneten Ausströmventiles entsteht, genügend groß ist, um durch das Ventilmittel zumindest einen Teil der in der kleinen Kammer vorhandenen Gasmenge hinauszudrücken.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich weiter dadurch aus, daß die kleine Kammer- ferner mit einem unterhalb des Ventilmittels angeordneten weiteren Ventilmittel mit geringem Strömungswiderstand in Richtung zum Ventilmittel und mit wesentlichem Strömungswiderstand in entgegengesetzter Richtung versehen ist, um bei sinkendem Druck in der großen Kammer im Zusammenhang mit einer öffnung des Ausströmventils eine Verstärkung des Druckunterschiedes zwischen dem Teil der kleinen Kammer, der das Gas enthält, und dem entsprechenden Stand in der großen Kammer zu bewirken.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

309813/0 26 2 -6-

22A1220

Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher für unter Druck stehende Flüssigkeiten mit einer ersten Ausfuhrungsform eines Ventilmittels nach der Erfindung,

Fig. 2 einaider Fig. 1 ähnlichen Längsschnitt mit einer zweiten Ausführungsform der Ventilmittel nach der Erfindung,

Fig. j5 und 4 Längsschnitte durch weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilmittel, und

Fig. 5 einen der Fig. 1 ähnlichen Längsschnitt mit einer weiteren Ausführungsform der Ventilmittel nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ventilmittel 7 zur Ableitung von Gas aus einer kleinen Kammer 10 in eine große Kammer 9 iro oberen Teil· einer Trennwand 5 angeordnet. Das Ventilmittel 7 besteht aus einem Kapillarrohr, wobei das Gas in der kleinen Kammer 10 durch entgegenwirkende Kapillar- und Oberflächenspannungskräfte nicht völligaus eigener Kraft in die große Kammer hinaustreten kann. Das Kapillarrohr kann in einem Halter z. B. aus Kunststoff oder Gummimaterial eingeführt sein, um das Befestigen in der Wand 5 zu erleichtern. Das Befestigen kann einfach dadurch erfolgen, daß man ein großes Loch in die flexible Wand 5 einschneidet und diese dann rund um das Kapillarrohr festschnürt.

Die Ventileinrichtung kann um ein niedriger angeordnetes Ventilmittel ergänzt werden, das oberhalb der Primär-

309813/0262 - 7 -

224T220

— τ —

heizfläche 2 angeordnet ist, wobei eine kleinere Flüssigkeitsmenge zwiso hen den beiden Ventilmitteln 7, 8 abgetrennt wird. Das niedriger ."^angeordnete Ventil 8 kann aus einem Sitz mit einer verhältnismäßig großen Öffnungsfläche und einem leicht beweglichen, Flüssigkeit hindurchlassenden Teil bestehen.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem das Ventilmittel-7 aus einem so kleinen Loch in der Wand 5 besteht, daß das Gas durch entgegenwirkende Kapillar- und Oberflächenspannungskräfte nicht völlig in die große Kammer hinaustreten kann. Die Ventileinrichtung kann auch durch das niedriger angeordnete Ventilmittel 8 ergänzt werden, das in diesem Beispiel in unmittelbarer Nähe einer Verbindungsöffnung 6 zwischen den beiden.Kammern 10, 9 angeordnet ist und aus einem Sitz mit einem kugelförmigen Dichtungskörper besteht. In Fig. 2 muß der Dichtungskörper dasselbe oder ein höheres spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit haben. Es ist aber auch eine Montage mit hängendem Dichtungskörper mit niedrigerem spezifischen Gewicht als die Flüssigkeit denkbar. In diesem Fall ist der Ventilsitz in Bezug auf die Darstellung nach Fig. 2 um l8o° gewendet.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem das Ventilmittel 7 aus einem rohrförmigen Teil 11 mit einem verhältnismäßig großen Lüftungsloch und einer äußeren, ansitzenden elastischen Hülle 12 gebildet ist, die bei Überdruck in der kleinen Kammer 10 sich dehnt und Gas

30981 3/0262

hinausläßt. Die Ventileinrichtung kann auch mit einem unteren Ventilmittel 8 ergänzt v/erden, das aus einem Sitz Ij5 besteht, dessen untere Flächen zum Lüftungsloch geneigt sind, um eine gute Entlüftung zu gewährleisten, und dessen schließendes Glied 14 aus einem Spindelventil oder dergleichen besteht.

Die Ventileinrichtung in Fig. h besteht aus dem Ventilmittel 7j das in der Trennwand 5 angeordnet und aus einem Ventilsitz 16 aufgebaut ist, dessen untere Flächen zum Lüftungsloch geneigt sind, um eine gute Entlüftung zu gewährleisten. Der Ventilsitz 16 ist ein Teil der Trennwand 5 zwischen der kleinen und der großen Kammer 10,9·

Fig. 5 zeigt eine Ausführung, bei der die Ventileinrichtung aus den beiden Ventilmitteln 7, 8 gebildet ist, die zu einer Einheit 17 zusammengebaut sind, wobei die Einheit einen Teil der Trennwand 5 bildet. Zwischen den beiden Ventilmitteln 7, 8 befindet sich ein Hohlraum 18 zur Gasansammlung.

309813/0262

Claims

Patentansprüche

1. Wärmeaustauscher vorzugsweise vom Speichertyp für unter Druck stehende Flüssigkeiten der durch eine Trennwand in eine große und eine· kleine Kammer unter-, teilt ist, wobei die Trennwand eine große Fläche im Vergleich zu einer Fläche aufweist, die im Innern der kleinen Kammer angeordnet ist, die dem Wärmeaustauscher Wärme von außen zuführt, und wobei die beiden Kammern miteinander über eine öffnung in Verbindung stehen, ' und die Kammer des Wärmeaustauschers mit einem Einlauf und einem Auslauf für die zu erwärmende Flüssigkeit versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Trennwand (5) zwischen der kleinen Kammer (10) und der großen Kammer (.9) mit einem Ventilmittel (7) zur Ableitung von Gas von der kleinen Kammer (10) in die große Kammer (9) versehen ist, wobei das Ventilmittel (7) so ausgeführt ist, daß-der Druckunterschied zwischen dem gasgefüllten oberen Teil der kleinen Kammer (10) und dem entsprechenden Stand in der großen Kammer (9)» 3er bei öffnen eines am Auslauf (35) angeordneten Ausströmventile^ (I9) entsteht, genügend groß ist, um durch das Ventilmittel (7) zumindest einen Teildsr in der kleinen Kammer (10) vorhandenen Gasmenge hinauszudrücken»

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Kammer (10)

- 10 -

309813/0262

- ίο -

ferner mit einem unterhalb des Ventilmittels (7) angeordneten weiteren "Ventilmittel (8) mit geringem Strömungswiderstand in Richtung zum Ventilmittel (7) und mit wesentlichem Strömungswiderstand in entgegengesetzter Richtung versehen ist, um bei sinkendem Druck in der großen Kammer (9) im Zusammenhang mit einer öffnung des Ausströmventils (19) eine Verstärkung des Druckunterschiedes zwischen dem Teil der kleinen Kammer (10), der das Gas enthält, und dem entsprechenden Stand in dar großen Kammer (9) zu bewirken.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Trennwand (5) angeordnete Ventilmittel (7) zur Ableitung von Gas aus der kleinen Kammer (10) in die große Kammer (9) aus einem Kapillarrohr besteht, das so ausgeführt ist, daß das Gas in der kleinen Kammer (10) durch entgegenwirkende Kapillar- und Oberflächenspannungskräfte aus eigener Kraft daran gehindert ist, in die große Kammer zu gelangen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (7) aus einem Loch solcher Abmessung besteht, daß alles Gas in der kleinen Kammer (10) durch entgegenwirkende Kapillar- und Oberflächenspannungskräfte gehindert ist, aus eigener Kraft in die größe Kammer (9) hinaus zu gelangen.

- 11 -

309813/0262

- ii -

5. . Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (7) aus einem Stichloch, einem Schnitt oder Schlitz in einem Teil der Trennwand (5) besteht, der aus einem plastischen oder einem elastischen Material hergestellt ist, und daß das Loch oder der Schnitt bei Abwesenheit von einem Überdruck im obersten Teil der kleinen Kammer (10) durch das Wandmaterial.verschlossen ist. ' ■

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (7) aus einem Ventil besteht, das eine Strömung in Richtung von der kleinen Kammer (lo) zu der großen Kammer (9) ermöglicht. ·

7· Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (8) im Anschluß an die Verbindungsöffnung (6) zwischen der großen Kammer (9) und der kleinen Kammer (10) angeordnet ist.

8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (8) so angeordnet und ausgeführt ist., daß es die klei Kammer (10) in zwei Volumina teilt, und daß das untere Volumen die Fläche (2) und das obere Volumjsn das Ventilmittel (7) enthält. .

9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil-

309813/0262

mittel (8) mit dem Ventilmittel (7) zu einer Einheit (17) zur Bildung eines Teiles der Trennwand (5) zwischen der kleinen und der großen Kammer (10 bzw. 9) zusammengebaut ist und einen Hohlraum (18) zur Sammlmg und Expandierung von Gas enthält.

10. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel· (8) aus einem Rückschlagventil besteht, das eine Strömung von Gas und Flüssigkeit nur in Richtung zum Ventilmittel (7) zuläßt.

11. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze i ohne t , daß die Trennwand (5) zwischen der kleinen und der großen Kammer (10 bzw. £)) aus flexiblem Material ausgeführt ist,

30981 3/026?

Leerseite