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Wärmetauscher für Erdbodenoberflächenerwärmung und Heißwasser Die
vorliegende Erfindung betrifft einen vor allem für Erdbodenoberflächenerwärmung
und Zapfheißwasser vorgesehenen Wärmetauscher, der vorzugsweise aus einer zylindrischen,geschlossenen
Umhüllung besteht, in deren Inneres Rohre durch eine Rohrplatte eingeführt SAnd,
die mit ihrer eiten Seite zum Inneren der-Umhüllung eine Kammer begrenzt,in der
zwischen einem die Rohre durchströmenden Medium und einem die Rohre umströmenden
Medium Wärmetausch erfolgt, und die andere Sete der Rohrplatte eine.Verteilungskammer
und/oder eine Sammelkammer für das die Rohre durchströmende Medium begrenzt.
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Der neue Wärmetauscher weist gegenüber bekannten Wärmetauschern der
genannten Art den Vorteil auf, daß er für zwei Betriebsfälleverwendbar ist. Bei
dem einen Betriebsfall wird das erwärmende Medium (Primärseite) von niedriger Temperatur
ungesteuert durch den ganzen Tauscher geleitet. Bei dem zweiten Betriebsfall wird
bei Bedarf dasselbe Medium von hoher Temperatur durch einen Teil des Wärmetauschers
zugeführt und gleichzeitig dasselbe Medium von niedrigerer Temperatur durch den
restlichen Teil des Tauschers geleitet.
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Dies ergibt den weiteren. Vorteil, daß die Oberfläche des Wärmetauschers
für den ganzen Effekt und nur niedrigtemperiertes Medium bemessen wird, aber bei
einer den dimensionierenden Wert übersteigenden Entnahme, oder bei niedriger Temperatur
und/oder zu geringem Fluß des niedrigtemperierten Mediums der-Effekt bei derselben
Wärmetauscheroberfläche beibehalten oder erhöht werden kann.
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Bei z.B. Fernheizungsanlagen ist es außerordentlich wichtig, große
Temperaturunterschiede zu erhalten. Dadurch, daß die Effektabführung normal durch
bereits abgekühltes Fernheizungswasser erfolgt, ist dies als Sekunda-Wärme mit niedrigen
Kosten anzusehen, und eine Zuführung des hochtemperierten Mediums braucht nur in
gewissen Fällen zu erfolgen. Das hochtemperierte Medium ist als Prima-Wärme anzusehen
und infolgedessen bedeutend teurer. Es dürfte deshalb nur in Ausnahmefällen und
als Sicherheitsmaßnahme für die Effekt zuführung zugeführt werden können. Wenn dies
geschieht, wird ein größtmglicher Temperaturabfall auch bei ihm bewirkte dadurch
daß das hochtemperierte
Medium nicht dem niedrigtemperierten beigemischt
wird, sondern die Medien dem Wärmetauscher so zugeführt werden, daß sie voneinander
getrennt sind. Das Verhältnis kann im Wärmetauscher völlig selbstregulierend sein,
und die Proportionen nur von äußeren.
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Regelfunktionen abhängen, die vom Wärmeverbraucher gesteuert werden.
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Die Kennzeichen der Erfindung gehen aus den nachstehenden Ansprüchen
hervor.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen nach der Erfindung ausgebildeten
Wärmetauscher.
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Fig. 2a zeigt einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1, Fig.
2b zeigt einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 1, Fig. 2c zeigt einen Schnitt
längs der Linie C-C in Fig. 1.
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Fig. 3a zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A von einer Abwandlang
des Wärmetauschers gem. Fig. 1.
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Fig. 3b und 3c zeigen Querschnitte längs den Linien BB b-w. C-C der
entsprechenden Abwandlung.
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Fig. 3d zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A von einer anderen
Abwandlung des Wärmetauschers gem. Fig. 1.
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Fig. 3e und 3f zeigen Querschnitte längs den Linien B-B bzw. C-C
dieser Abwandlung.
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Fig. 4a, 4b und 4c zeigen Querschnitte, entsprechend früheren Querschnitten,
bei einer weiteren Ausführungsform des Wärmetauschers gem. Fig. 1.
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Fig. 5a-5c und Fig. 5d-5f zeigen verschiedene Querschnitte,wie vorhergehend,
bei zwei weiteren Ausführungsformen des Wärmetauschers gem. Fig. 1.
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Fig. 6a-6c zeigen drei Querschnitte,auf dieselbe Weise wie vorhergehend,
einer letzten beschriebenen Austührungsform des Wärmetauschers gem. Fig. 1.
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Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform des
Wärmetauschers gem. dem Erfindungsgedanken.
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Fig. 8a, 8b, 8c zeigen Querschnitte längs den Linien A-A, B-B bzw.
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C-C in Fig. 7.
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Fig. 9a-9c zeigen Querschnitte längs den Linien A-A, B-B und c-c einer
Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 7.
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Fig. 10-13 zeigen zwei weitere Ausführungsformen im Längs- bzw.
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Querschnitt.
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Bei der Ausführungsform gem. Fig. 1 und Abwandlungen derselben gem.
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Fig. 2-6 besteht der Wärqetauscher aus einer Umhüllung 1 mit darin
befindlichen haarnadelförmig gebogenen Rohrschlangen 2. Die Rohrschlangen erstrecken
sich durch eine-Rohrplatte 3 und münden in eine Verteilungskammer 5 und Sammelkairjner
6. Diese beiden Kammern sind durch Trennwände 4 geteilt. Die Einlässe oder der Einlaß
für das die Schlangen 2 durchströmende Medium ist in allen Zeichnungsfiguren mit
11, und der Auslaß ist mit 18 bezeichnet. Innerhalb der UmhUllung 1 und um die Rohrschlangen
2 strömt ein zweites Medium mit Einlaß bei 19 und Auslaß bei 20. Diese beiden letzteren
Bezugszahlen werden auch nachstehend für Einlaß bzw. Auslaß des rund um die Schlangen
strömenden Mediums angewendet.
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In der Umhüllung 1 und der Rohrplatte 3 wird somit eine Wärmetauschkammer
gebildet, durch die Medium strömt, wobei Wärmetausch zwischen diesem Medium und
dem durch die Rohrschlangen 2 strömenden Medium erfolgt. Die Wärmetauschkammer ist
durch eine Längstrennwand 9 in zwei Kammern 7 und 8 geteilt. Der Strömungsweg des
außerhalb der Rohrschlangen 2 strömenden Mediums ist in allen Zeichnungsfiguren
durch nicht ausgefüllte Pfeile dargestellt. In Fig. 1 strömt somit dieses Medium
durch die Öffnung 19 rechts in Fig. 1 ein, wendet an der rechten Seite des Wärmetauschers
und strömt nach links zurück und durch die Öffnung 20 hinaus. Das zweite Medium
stromt, wie es die nicht gefüllten Pfeile anzeigen. Das Medium, das durch die Rohrschlangen
2 strömt, und das das Primärmedium sein kann, wird somit in Öffnungen 11 eingeführt.
In der Ausführungsform gem. Fig. 1 und Fig. 2 sind zwei Einlaßöffnungen 11 angeordnet.
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In der Verteilungskammer 5 befinden sich Leitbleche 13, die das durch
die Öffnungen 11 einlaufende Medium in die Mündungen der Rohrschlangen 2 leiten.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 strömt somit das Medium in zwei Öffnungen
11 ein. Dieses Medium kann verschiedene Temperatur haben und strömt aufgrund der
Leitbleche 13 in verschiedene Rohrschlangen 2 ein. Das Medium strömt
dann
aus den Rohrschlangen 2 hinaus und in die Sammelkammer 6 hin--ein. Die Sammelkammer
6 kann Leitbleche 14 derselben Ausführung wie die Leitbleche 13 für die Verteilungskammer
einschließen. Dies ist zwar an und für sich nicht notwendig, zur Bewirkung eines
sleict artigen Druckabfalles für die Verteilungskammer und Sammelkammer ist jedoch
die Anordnung der Leitbleche 14 zweckmäßig.
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FUr das eine Medium sind also zwei Einlässe 1.1 angeordnet, und das
Strömen von diesen Einlässen zu den Rohrschlangen 2 wird durch die Leitbleche 13
geregelt. Die Leitbleche 13 erstrecken sich in axialer Richtung des Wärmetauschers
und schirmen durch ihre Lage die Einströmöffnungen 11 gegeneinander ab. Es erfolgt
somit kein Mischen der Medien mit verschiedenen Temperaturen, die in die verschieden
liegenden Öffnungen 11 einströmen, sondern das Vermischen erfolgt erst in der Sammelkammer.
Fig. 2a zeigt die Lage der Einlässe 11 zur Verteilungskammer 5 und die Anordnung
der Leitbleche 13. Fig.
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2b zeigt einen Schnitt, aus dem die Einlässe und Auslässe für das
Medium hervorgehen, das außerhalb der Rohrschlangen 2 strömt, urid sie zeigt ferner
die Trennwand 9. Fig. 2c zeigt einen Schnitt am rechten Ende des Wärmetauschers
gem. Fig. 1 und veranschaulicht, wie das Medium außerhalb der Rohrschlangen 2 im
rechten Teil des Wärmetauschers wendet.
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Fig. 3a-3c zeigen eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 1.
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Die Einlauföffnungen 11 für das Primärmedium wurden, wie aus Fig.
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3a hervorgeht, unterschiedlich in Beziehung zur Ausführungsform nach
Fig. 2a angeordnet. Den Leitblechen 13 ist aus diesem Grund eine andere Orientierung
gegeben. Sie liegen rings und vertikal anstatt, wie bei der Ausführungsform nach
Fig. 2a, längs und horizontal. Ferner ist die- ,trö.ur,t7 an der Außenseite der
Rohrschlangen 2 in mehrere Teilströme unterteilt, um für den Wärmetauscher einen
besseren Wirkungsgrad zu erhalten. In Fig. 3b ist außer einer Länge.
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trennwand oder einem Schwallblech 16 ein zu ihm rechtwinkliges Schwallblech
15 gezeigt. Ferner sind unmittelbar rechts vom Schnitt B-B Schwallbleciie 17 angeordnet,
die sich quer zur Mittenachse des Wärmetauschers erstrecken. In Fig. 3c ertsreckt
sich das längslaufende Schwallblech 15 bis ganz zum rechten Teil des Wärmetauschers
und zur Innenseite der Umhüllung 1, während die Trennwand oder da Schwallblech 16
an Sciiiitt C-C endet.
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Bei der Abwandlung gem. Fig. 3d - 3f ergibt sich eine Wizsun-g gleich
der> die man bei der Abwandlung gem. der Ausführungsform in Fig. 3a - 3c erhalt,
jedoch ohne Querschwallblech 17. Anstelle dessen ist; wie Fig. 3d zeigt, links von
der Rohrplatte 3 eine Verteilungskammer 5 ungefähr entsprechend der Abwandlung.
gem.. Fig. 3a angeordnet. Die Sammelkammer dagegen ist in zwei Sammelkammern geteilt,
die diametral zueinander liegen und Auslässe 18- haben. Fig.
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3e zeigt, daß die Wärmetauschkammer die Trennwand 9 und auch eine
Längstrennwand 29 hat.,die an der Innenseite der Umhüllung 1 auf deren rechter Seite,
aber unter der Trennwand 9 am Schnitt B-B endet. Das rund um die Schiangen 2 strömende
Medium erhält hierdurch vier längslaufende.Kanäle, mit Wendemöglichkeit von einem
Kanal zum andern an beiden Enden des Wärmetauschers, d.h. unmittelbar rechts von
der Rohrplatte 3 und am: rechten Ende der Umhüllung 1.
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Fig. 4a - 4c zeigen eine weitere Abwandlung der Ausführungsform nach
Fig. 1. In diesem Fall wird nur ein Teil des Wärmetauschers zur Steuerung des Mediums
ausgenutzt, das durch die Öffnungen 11 einströmt. Dieser Teil besteht aus dem. Quadranten
21, wie Fig. 4a zeigt, und in diesem Quadranten sind die Leitbleche 13 angeordnet.
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Der Auslaß 18 liegt in einem Quadranten rechts, und der untere Teil
des Raumes links von der Rohrplatte 3 dient dazu, das Medium durch die Rohrschlangen
2 wenden zu lasten. Dieser Raum ist in Fig. 4a mit 22 bezeichnet.
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Fig.- 4b zeigt die Gestaltung des Wärmetauschteiles. Außer der Trennwand
9 is-t eine vertikale längsgehende Trennwand 23 in dem oberhalb der Trennwand 9
liegenden Teil des Wärmetauschteiles angeordnet, die sich bis zur Rohrplatte 3 erstreckt,
jedoch in unteren Teil im Abstand von der Rohrplatte 3 endet, so daß das um die
Rohrschlangen strömende Medium in diesem Teil des Wärmetauschteiles die Richtung
ändern kann. Die Trennwand 23 erstreckt sich am rechten Ende des Wärmetauschteiles
ganz bis zur Innenseite der Umhüllung, während die Trennwand 9 wie früher im Abstand
von der Innenseite endet, so daß das Medium von der oberen Hälfte des Wärmetauschteiles
zur unteren im rechten Teil des Wärmetauschteiles gem. Fig. L;c, und entgege.ngesetzt
im linken Teil des. Wärmetauschteiles gem. Fig. 4c überwechseln kann Fig. 5a-5c
zeigen eine alternative Ausführungsform, die im Prinzip aus einer Kombination der
Ausführungsformen gem. Fig. 3 und 4 besteht. In Fig. Sa besteht die Ve,rteilungskarr-.er
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aus einen Segment, das von der Trennwand 4 und einer Trennwand ?4 begrenzt ist.
Die Einlässe 11 liegen einander gegenäber, und der Au@l@ß 18 liegt im Raum oberhalb
der Trennwand 24. Der in Fig. 1 it 6 bezeichnete untere Teil weist eine der Trennwand
24 entsprechende Trennwand 25 aur, und dieser Teil des Wärmetauschers dient deshalb
zum Wenden des durch die Rohrschlangen 2 strömenden Medluss. Der Wärmetauschteil
schließt Trennwände entsprechend den Trennwänden 24 und 25 mit solcher Erstreckung
ein, daß das außerhalb der Rohrschlangen 2 strömende Medium abwechselnd im rechten
und linken Ende des Wärmetauschteiles wenden kann. Zwischen den Trennwänden 24 und
25 verläuft somit, wie Fig. Sb und 5c-zeigen, eine längsgehende Trennwand.
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Bei der Abwandlung gem. Fig. 5d-5f trennt eine längsgehende Trennwand
27 den Raum 5 gem. Fig. 1 in eine Verteilungskammer 28 und eine Sammelkammer 29.
Der Raum unter der Trennwand 4 dient, wie bei früheren Aus.
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führungsformen, zum Wenden des Mediums. Fig. 5e zeigt die Gestaltung
des Wärmetauschteiles, der außer der längsgehenden Trennwand @ zwei längsgehende
Trennwände 30 und 31 aufweist, die sicn quer zur Trennwand 9 erstrecken. Die Trennwände
30 und 31 haben in Längsrichtung ein solche Erstreckung, daß das außerhalb der Rohrschlangen
2 strömende Medium an den Enden so den Platz wechseln kann, wie es die offenen Pfeile
in Fig. 5e und 5f andeuten.
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Fig. 6a-6c zeigen eine Ausführungsform, die der in Fig. 2a-2c gezeigten
entspricht, mit der Abweichung jedoch, daß das auf der, Außenseite der' Rohrschlangen
2 strömende Medium im Wärmetauschteil zwei Einlässe 19 hat. Es ist deshalb, wie
in Fig. 6a gezeigt, ein längsgehendes horizontales Leitblech 32 im Wärmetauschteil
angeordnet. Bei dieser Ausführungsform gibt es also keine Leitbleche in der Verteilungskammer
35, siehe Fig. Ea, sondern das einströmende Medien, das durch die Rohrschlangen
2 strömt, wird in den Mündungen zu den Rohrschlangen 2 ohne äußere Einwirkung verteilt.
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Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Erfindung, hei der die Rohrschlangen 2 aus geraden ohren 42 bestehen, die sich
zwischen zwei Rohrplatten 43 erstrecken. Das durch die Rohre 42 strömende Medium
strömt in die dffnung 11 hinein und durch die Öffnung 18 hinaus. Links in der Figure
befindet sich eine Verteilungskammer 45 und rechts eine Sammelkammer 46. Das außerhalb
der der 4 2 strömende Medium folgt den offenen Pfeilen und strömt in die Öffnun
19 hinein und durch die Öffnung 20 hinaus.
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In Fig. -8a-8c sind drei Querschnitte längs den Linien A-A, B-B und
C-C gezeigt. In der Verteilungskairr.er 45 sind Leitbleche 13 so angeordnet, wie
es in früheren Ausführungsformen gezeigt ist. Es kann somit Medium mit verschiedener
Temperatur durch getrennte Öffnungen 11 einströmen und wird von den Leitblechen
13 in die Mündungen der Rohre 42 hinein verteilt. Diese Ausführungsform hat, wie
Fig. 8b und -8c zeigen, keine Entsprechung zu der Trennwand 9 in früheren Ausführungsformen.
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Fig. 9a-9c zeigen eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 7,
bei der für-das Medium, das auPrhalb der Rohre 42 strömt, zwei Einströmöffnungen
19 vorgesehen sind. Im Wärmetauschteil sind deshalb, wie in Fig. 9b und 3c gezeigt,
zwischen den Rohrplatten 43 Leitbleche 47 angeordnet.
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Die in Fig. 10 und 11 gezeigte weitere Ausführungsform weist Rohrschlangen
59 auf, die ohne Anwendung einer Rohrplatte, siehe Fig. 11, in die Umhüllung 1 hinein-
und aus ihr herausgeführt werden. Die Schlangen sind zu Haarnadelform gebogen und
werden durch eine längsgehende Zwischenwand 51 getrennt. Es sind zwei Einlässe 11
und ein auslaß 18 angeordnet. Nach den Einlassen sind die Schlangen durch einen
Anschlußkrümmer 52 vereint, und am Auslaßende befindet sich ein Anschlußkrümmer
53, so daß man nur einen Auslaß 18 erhalt.
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Fig. 12 und 13 zeigen eine Abwandlung in der Form, daß die Einlässe
11 einander gegenüberliegen. Der Anschlußkrümmer an der Einlaßseite ist dadurch
wesentlich länger als bei der Ausführungsform ge. Fig. 10 und 11.
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Im Rahmen des Erfindungsgedankens ist eine Vielzahl'vonAusführungsformen
und Variationen denkbar. Die zwei Hauptausführungsformen bestehen darin, daß bei
der einen das Medium, das durch die Rolirschlangen strömt, mindestens zwei Einlässe
und Leitbleche aufweist, während bei der zweiten Ausführungsform das außerhalb der
Rohrschlangen strömerde Medium mindestens zwei Einlässe und Leitbleche hat. Innerhalb
jeder Ausführungsform sind dann zahlreiche Abwandlungen möglich, von denen einige
vorstehend beschrieben wurden.