DE2316729A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

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^{U κ}· ^{Vt u}"" '* · 3. April 1973

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Gusfov-Freyic^-SircrOvs 25
Postfach 1327 Tel. 072723

Aktiebolaget Atomenergi ^£ LiIjeholmsvagen 32
Stockholm, Schweden.

Wärmeaustauscher
Priox'ität vom 6. April 1972 in Schweden, Anmeldung Nr.4470/72

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, bei dem die wärmeübertrager.den Oberflächen aus Kunststoff bestehen. Es ist vorbekannt, dass Kunststoffrohre in Wärmeaustauschern benutzt werden können. Man hat dabei den Wärmeaustauscher meistens als konventionellen Rohrwärmeaustauscher gebaut, d.h. mit geraden Kunststoffrohren die von Endplatten festgehalten werden. Diese konventionelle Bauweise hat aber gezeigt, dass die preismässigen Vorteile der Kunststoffe nicht optimal ausgenutzt werden können, da die Kosten für die Rohrplatten und die Befestigung der Rohre die Kosten für die sehr billigen Kunststoffrohre weit übersteigen.

Die Erfindung hat eine Konstruktion zum Ziel, die für Kunststoffrohre, hauptsächlich dünnwandige Kunststoffrohre, passt. Zweck der Erfindung ist die Herstellung eines Wärmeaustauschers, der ohne Verwendung von SpezialWerkzeugen gebaut

-stand
werden kann. Ein anderer Gegen ist die Herstellung eines

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Wärmeaustauschers mit grossen Wärmeüberträgenden Flächen,; der_ . zur Erwärmung von Luft mithilfe von Warmwasser, und. dabei , hauptsächlich zur Erwärmung von Wohnungen, dienen soll.. ,W.eitere Anwendungsmögliehkeiten zeigt die folgende Beschreibung,. _

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher ist· dadurch' ge- -kennzeichnet, dass die wärmeübertragenden Flächen aus mindestens einem spiralförmig geformten Kunststoffrohr bestehen. Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus,· dass das spiralförmige Kunststoffrohr in einem ringförmigen,Raum ..;·.. angebracht ist. Der Raum wird von einer inneren, und einer _; " ■ äusseren zylindrischen Wand begrenzt. Der Ein- und/Auslauf für· das das Kunststoffrohr umgebende, wärmeaustausehende Medium ist an. den Enden des ringförmigen Raumes angebracht. Dadurch strömt; das erwähnte Medium hauptsächlich rechtwinklig. zum Kunststoff·—'.: rohr. Bei der bevorzugten Ausführungsform entsteht also ein Raum' innerhalb der inneren zylindrischen Wand. - ..- .

Das Kunststoffrohr, bzw."die Kunststoffrohre, werden am zweckmässigsten gewellt hergestellt,- also abwechselnd mit Erhöhungen und Versenkungen, die sich runä um den Umkreis des Rohres erstrecken. Ein auf diese Art gewelltes "Rohr lässt.sich: leicht zu einer Spirale biegen, es ergibt eine grössere wärmeübertragende Oberfläche als ein gerades -ROhr,· und die gewellte Oberfläche gibt dem Rohr eine grössere Festigkeit und damit die Möglichkeit^ dünnwandige Rohre anzuwenden_.__Die gewellte Oberfläche ermöglicht die Verwendung von steifem Kunststoff, z.B. steifem PVC, als Rohrmaterial. .· - " - - ,

Die Erfindung wird mit Hinweis auf die beigefügte Zeichnung im Folgenden näher beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Wärmeaustauscher, vorge-

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sehen für die Erwärmung von Wohnungen. Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1. Fig. 3 zeigt, in grösserem Massstab, einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig.

Der gezeigte Wärmeaustauscher enthält zwei koaxiale zylindrische Wände, und zwar eine innere Wand 2 und eine äussere Wand 3. An einem Ende sind die zylindrischen Wände durch eine Endwand 5 miteinander verbunden. Am anderen Ende ist die zylindrische Wand 3 mit einer Endwand 4 versehen und die zylindrische Wand 2 schliesst ein Stück von der Endwand 4 ent- · fernt ab, so dass hier ein ringförmiger Spalt 11 gebildet wird. In dem ringförmigen Raum 14, der auf diese Art zwischen den Wänden 2 und 3 entsteht, sind zwei zu Spiralen gewundene Kunststoffrohre la und Ib angebracht. Das Rohr Ib wird von einer Mehrzahl längsgehender Kunststoffstreifen 17b, die an der inneren zylindrischen Wand 2 angebracht sind, getragen. Auf dem Rohr Ib sind längsgehende Kunststoffstreifen 17a angebracht, die das äussere, zu einer Spirale gewundene Rohr la tragen. Die Kunststoffstreifen 17 sind mit Aussparungen 17c für die Rohre versehen und dienen somit als Abstandhalter und Stützen für die Rohre. Die Rohre sind quer zur Längsachse gewellt, siehe Fig. 3.

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Mit dem einen Ende strecken sich die Rohre la, Ib durch ·

einen Einlaufkasten 7 und sind an einen gegen die Atmosphäre hin offenen Wasserbehälter 6 angeschlossen. Warmwasser wird dem Behälter durch die Leitung 20 zugeführt und das Niveau im Behälter wird mithilfe eines von einem Schwimmkörper 22 gesteuerten Ventil 21 konstant gehalten. Mit ihrem anderen Ende erstrecken sich die Rohre la, Ib durch einen Auslaufkasten 8 und

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sind an eine Rüeklaüfwasserleitung angeschlossen.

Im Raum innerhalb der inneren zylindrischen Wand 2 ist ein Bündel längsgehender Rohre 9a angebracht, die zweckmässigerweise auch gewellt sind, um eine grössere Oberfläche zu erhalten. Mit dem einen Ende sind die Rohre 9a in einer Endplatte 19b befestigt, die an der ringförmigen Endwand k angebracht ist. Dieses Ende der Rohre 9a steht in Verbindung mit dem Einlaufteil "19a, der mit einem Plansch 19c mit dem Auslaufrohr 12 für die Abluft eines Gebäudes verbunden ist. Die anderen Enden der Rohre 9a ragen ein Stück aus der Endwand 5 des ringförmigen Raumes 14 heraus, sind in der Endplatte 29b befestigt und stehen mit dem Auslaufteil 29a in Verbindung, der über einen Plansch 29c mit dem Abluftrohr 13 verbunden ist. Zwischen der Endwand 5 und der Endplatte 29b entsteht ein ringförmiger Einlaufspalt 30.

Der ringförmige Raum 14 steht, nahe der Endwand 5, mit einem Auslaufteil 15 in Verbindung. Der Auslaufteil 15 ist mittels eines Flansches 31 mit einem Einlaufkanal 32 für erwärmte Frischluft für das Gebäude verbunden. Im Auslaufteil 15 ist ein Ventilator 16, der von einem Motor 33 ange rieben wird, angebracht.

Der beschriebene Wärmeaustauscher funktioniert wie im Folgenden beschrieben_rund gleichzeitig werden als Beispiel einige Temperaturen angegeben. Kalte Frischluft von O⁰C wird durch den Einlaufspalt 30 angesaugt und strömt längs den Rohren 9a in entgegengesetzter Richtung zur Abluft, die in den Rohren 9a strömt. Die Frischluft wird auf 7°C vorgewärmt, während die Abluft von 20⁰C auf 13°C abgekühlt wird. Die vorgewärmte Frischluft strömt durch den Spalt 11 und passiert dann den ringförmigen Raum 14,

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wobei sie vom Warmwasser in den Rohren 1 auf 20⁰C erwärmt wird. Die Luft wird mit dieser Temperatur vom Ventilator 16 in die verschiedenen Räume des Gebäudes geblasen. Das Warmwasser wird den Rohren mit einer Temperatur von 40°C zugeführt und hat- beim Verlassen des Wärmeaustauschers 20 C.

Der beschriebene Wärmeaustauscher wird am besten ganz aus Kunststoff hergestellt, und die verschiedenen Teile werden am besten miteinander verleimt. Der billige Kunststoff und die billige Herstellungsweise durch Leimen ergeben sehr geringe Kosten. Durch Anwendung eines einheitlichen Materials vermeidet man Probleme mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten, mit der Haftfähigkeit, usw.

Die Anwendung von gewellten Rohren gibt die Flexibilität, die nötig ist, um die Rohre ohne besondere Werkzeuge leicht zu Spiralen winden zu können, und vergrössert gleichzeitig die Oberfläche und die Turbulenz für die Wärmeübertragung. Die Spiralform führt zum Gegenstro.m zwischen Wasser und Luft, so dass das wärmste Wasser die wärmste Luft trifft, was wiederum für die Wärmeübertragung vorteilhaft ist. Die Spiralform ermöglicht das Erreichen eines gewünschten langen Strömungsweges auf der Wasserseite und damit teils annehmbar hohe Wassergeschwindigkeiten und teils relativ kleine, und dadurch billige Rohr- und Endplatten. Die Spiralform ermöglicht schliesslich das Querströmen der Luft, wodurch die Turbulenz erhöht und dadurch die Wärmeübertragung verbessert wird.

Die koaxiale Anordnung der Wände 2, 3 und des Rohrbündels 9a, wobei diese Teile nur an den Enden miteinander verbunden sind, erlaubt die freie Expansion all dieser Teile und vermei-

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det somit Temperaturspannungen, die durch Temperaturunterschiede zwischen diesen Teilen entstehen würden. Ausserdem bringt die koaxiale Konstruktion eine grosse Kompaktheit und ein Minimum an Materialverbrauch mit sich, da z.B. dieselbe Wand 2 gleichzeitig Innenwand im Hauptwärmeaustauscher und Aussenwand des Vorwärmers und die Auslauföffnung 11 des Vorwärmers gleichzeitig die Einlauföffnung zum Hauptwärmeaustauscher ist.

Die Anwendung gewellter Rohre auch für den Vorwärmer vergrössert die wärmeübertragende Oberfläche und die Turbulenz, welches in diesem Fall von besonderer Bedeutung ist, da die Strömung parallel mit den Rohren läuft.

Die gewellte Form gibt auch grössere Widerstandskraft gegen internen (und externen) Überdruck pro Einheit wärmeübertragender Oberfläche und gegebener Wandstärke als für glatte Rohre, was besonders für die Rohre 1 von Bedeutung ist.

Der offene Behälter 6 begrenzt den Überdruck auf die Rohre 1. »

Die ganze Einheit kann leicht durch Lösen von zwei V/asserund drei Luftrohrflanschen herausgenommen werden, wonach die evtl. fehlerhafte Einheit während der Reparaturzeit durch eine Reserveeinheit oder eine neue Einheit ersetzt werden kann.

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Wärmeaustauscher in denen die "wärmeübertragenden Oberflächen aus Kunststoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeübertragenden Oberflächen aus mindestens einem Kunststoffrohr bestehen, welches zu einer Spiralform gewunden ist.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das spiralförmige Rohr in einem ringförmigen Raum (14) angebracht ist, der von einer inneren, zylindrischen Wand (2) und einer äusseren zylindrischen Wand (3) begrenzt ist, und dass der Ein- und Auslauf für das das Kunststoffrohr umgebende, wärmeaustauschende Medium an den Enden des ringförmigen Raumes angebracht sind, wodurch das genannte Medium hauptsächlich rechtwinklig zu dem Kunststoffrohr strömt.
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorwärmer (9a) in dem Raum angebracht ist, der nach aussen hin von der inneren, zylindrischen Wand (2) begrenzt wird.
4. 4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das spiralförmige Rohr (1) und evtl. auch die Rohre (9a) im Vorwärmer über"" den ganzen Umkreis gewellt sind.
5. 5. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kunststoffrohre (la, Ib) zu Spiralen gewunden sind, mit der einen Spirale ausserhalb der anderen, und dass die Spiralen durch längsgehende Kunststoffstreifen (17a) ναι einander getrennt sind, die vorzugsweise mit Aussparungen für die Rohre versehen sind.

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6. 6. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (I)- an einen mit einem Niveau?-; regulator (21, 22) für die Begrenzung des Druckes in den Rohren versehenen Wasserbehälter (6) angeschlossen sind.
7. 7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 > 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teile aus Kunststoff hergestellt und mit einander verleimt sind. ,

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