DE3035710C3 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit Wassertank und Expansionskammer.

Wärmeaustauscher umfassen herkömmlicherweise einen Wärmeaustauscherkörper, einen Wassertank und eine Expansionskammer. Der Wärmeaustauscherkör­ per besteht beispielsweise aus einem Bündel paralleler Rohre, die von dem Wasser als primäres Fluid durchlau­ fen werden, sowie Kühlrippen, durch die ein sekundäres Fluid, meist Luft, streicht. An die Rohre des Wärmeaus­ tauscherkörpers ist der Wassertank angeschlossen, der mit einer Expansionskammer in Verbindung steht, die dazu dient, das durch Temperatureinwirkung ausge­ dehnte Volumen des Wassers aufzunehmen, und die au­ ßerdem die Aufgabe hat, das Wasser gegebenenfalls zu entgasen.

Es ist bekannt, den Wassertank und die Expansions­ kammer getrennt mit Abstand zueinander anzuordnen und mit Schläuchen zu verbinden. Diese Anordnung ist platzaufwendig und wegen der Schlauchleitungen nicht in der erforderlichen Weise betriebssicher. Es ist des­ halb vorgeschlagen worden (DE 80 04 331 U1 und US 3,939,901), für die Expansionskammer und den Wasser­ tank ein gemeinsames Gehäuse zu verwenden, das durch eine Trennwand in einen Wassertankteil und eine Expansionskammer unterteilt ist, wodurch Verbin­ dungsleitungen bzw. Verbindungsschläuche bei relativ kompakter Bauweise der Anordnung entfallen können. Der Wärmeaustauscher gemäß der US 3,939,901 be­ steht z. B. aus drei etwa schüsselförmigen Plattenele­ menten, die in ihren Randbereichen verbunden sind, so daß sie zwei Kammern für den Wassertank und die Expansionskammer bilden.

Diese Wärmeaustauscher bestehen aus wenigen ein­ fachen Teilen, die zu einer integralen Vorrichtung zu­ sammengesetzt werden. Bei diesen integral ausgebilde­ ten Wärmeaustauschern können der Wassertank und die Expansionskammer nicht voneinander getrennt werden, ohne daß die gesamte Vorrichtung zerlegt wer­ den muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, der bei einfacher und kompakter Bauweise und geringem Herstellungs- und Montageaufwand die Möglichkeit eines gezielten Aus­ tausches entweder des Wassertanks oder der Expan­ sionskammer gestattet.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wurde der in der technischen Ent­ wicklung eingeschlagene Weg der integralen Ausbil­ dung der Wärmeaustauscher verlassen und der Wasser­ tank und die Expansionskammer jeweils als separates Gefäß ausgebildet, die eine kompakte Baueinheit mit der Option bilden, entweder das Expansionsgefäß oder den Wassertank gegebenenfalls zu ersetzen, da diese beiden Bauteile lösbar miteinander verbunden sind. Fer­ ner gewährleistet die getrennte Herstellbarkeit von Wassertank und Expansionsgefäß eine vereinfachte Herstellung und eine vereinfachte Montage des Wär­ meaustauschers. Schließlich können in einfacher Weise unterschiedlich geformte Wassertanks und Expansions­ gefäße miteinander, den jeweiligen Begebenheiten ent­ sprechend, kombiniert werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeich­ nung näher erläutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht mit Teilschnitten des am Was­ sertank des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers lösbar befestigten Expansionsgefäßes;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wassertank von Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Expansionsgefäß von Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1 in Pfeilrichtung gesehen;

Fig. 5 ein Detail des Wassertanks von Fig. 2 im Ver­ bindungsbereich;

Fig. 6 ein Detail des Wassertanks und des Expan­ sionsgefäßes von Fig. 4 im Verbindungsbereich.

Der Wärmetauscher weist einen Wassertank 11 und ein separat von diesem ausgebildetes Expansionsgefäß 50 auf, das lösbar mit dem Wassertank 11 verbunden ist. Wassertank 11 und Expansionsgefäß 50 bestehen aus einem plastischen Material, zum Beispiel aus Kunststoff.

Der Wassertank 11 ist als länglicher Quader ausgebil­ det, der zwei ebene, zueinander parallel verlaufende Längswände 13 und 14, einen Boden 16 und eine Decke 15 aufweist. Die beiden Längswände 13 und 14 sind miteinander durch eine konvex gekrümmte Wand 12 verbunden. Der Wand 12 gegenüberliegend ist der Was­ sertank 11 offen, und die dort angeordneten Kanten 17 bis 21 der Längswände 13 und 14 sowie des Bodens 16 und der Decke 15 stellen Anschlußorgane zum An­ schluß des Wasserzanks 11 an einen Sammler bzw. an eine Lochplatte dar, die andererseits mit dem Wärme­ austauscher körperverbunden ist.

Die äußeren Wandflächen 22 und 23 der Längswände 13 und 14 weisen auf halber Höhe einen Vorsprung 24, 25 mit Längskanten 26, 27 auf, die rechtwinklig zu einer die gekrümmte Wand 12 und die offene Seite des Was­ sertanks 11 durchsetzenden Mittellinie 28 ausgerichtet und anschließend an einen gekrümmten Übergangsbe­ reich 32 der halbbogenförmig gekrümmten Wand 12 zu den plan ausgebildeten Längswänden 13 und 14 ange­ ordnet sind. Die Vorsprünge 24 und 25 sind keilförmig bzw. rampenförmig ausgebildet, wobei Seitenflächen 33 der Vorsprünge 24, 25 vom Krümmungsabschnitt 32 ausgehend ansteigen und an den Längskanten 26, 27 enden.

Auf halber Höhe weist die gekrümmte Wand 12 des Wassertanks 11 eine von der Mittellinie 28 durchsetzte Ausbuchtung in Gestalt eines Zapfens 34 auf, der durch zylindrische Wandabschnitte 35 und 36 sowie eine kreis­ förmige Deckfläche begrenzt ist. Die Wandstärke des zylindrischen Zapfens 34 entspricht derjenigen der ge­ krümmten Wand 12.

Ebenso wie der Zapfen 34 liegen auf dem Zenit der gekrümmten Wand 12 runde Durchbrüche 38 und 39. Die Öffnung 38 liegt am deckelseitigen Ende des Was­ sertanks 11 und hat einen kleineren Durchmesser als die runde Öffnung 39, die am bodenseitigen Ende des Was­ sertanks 11 liegt. In den Durchbrüchen 38 und 39 sind Dichtungen 41, 42 eingesetzt, die umlaufende Nuten aufweisen, die durch Ränder 43, 44 und 45, 46 begrenzt sind.

Das Expansionsgefäß 50 ist rohrförmig ausgebildet und hat auf etwa Dreiviertel seines Umfangs Kreisform, ist also teilzylindrisch ausgebildet. Der restliche Teil des rohrförmigen Expansionsgefäßes 50 ist von einer in be­ zug auf die Längsmittenachse 52 des Gefäßes 50 konkav gekrümmten Wand 53 gebildet, die an die Formgebung der gekrümmten Wand 12 des Wassertanks 11 ange­ paßt, also in etwa komplementär zu dieser ausgebildet ist. Auf halber Höhe der konkav gekrümmten Wand 53 ist dem Zapfen 34 gegenüberliegend ein Einbuchtung 54 vorgesehen, die durch eine zylindrische Wand 55 und eine Deckfläche 56 festgelegt ist. Die Einbuchtung 54 ist komplementär zu dem zylindrischen Zapfen 34 des Wassertanks ausgebildet, so daß dieser Zapfen in die Ausbuchtung paßt.

Dort wo der kreiszylindrische Teil 21 des Expansions­ gefäßes 50 mit der gekrümmten Wand 53 zusammen­ stößt, sind Klauen 57, 58 symmetrisch zur Axialebene 59 des Gefäßes 50 vorgesehen. Jede Klaue 57, 58 hat im wesentlichen rechteckige Form mit einer Oberkante 61 und einer Unterkante 62 sowie eine nach außen weisen­ de Seitenfläche 63 und eine nach innen zur Ebene 59 weisende Seitenfläche 64. Am freien Ende weisen die Klauen 57, 58 Krallen 65 mit einer Vorderkante 66 und eine von der Vorderkante 66 schräg ansteigend bzw. rampenförmig verlaufende Fläche 67 auf, die mit einer Kante 68 abbricht, die rechtwinklig zur Ebene 59 ver­ läuft.

An der konkav gekrümmten Wand 53 des Expan­ sionsgefäßes 50 sind auf der Höhe der Durchbrüche 38, 39 des Wassertanks 11 Rohrstutzen 71 (oben) und 72 (unten) vorgesehen. Der obere Rohrstutzen 72 hat einen größeren Durchmesser als der untere Rohrstutzen 71, wobei der Außendurchmesser des Rohrstutzens 72 an den Durchmesser des Durchbruchs 39 und der Außen­ durchmesser des Rohrstutzens 71 an den Durchmesser des Durchbruchs 38 angepaßt ist, so daß die entspre­ chenden Dichtungen 41 und 42 auf den Rohrstutzen 71, 72 aufsitzen.

Das Expansionsgefäß 50 umfaßt ferner einen planen Boden 73 und einen am oberen Ende des Gefäßes 50 angeordneten Flansch 74, der einen Füllstutzen bildet und verschließbar ist.

Zur Montage des Expansionsgefäßes 50 an dem Was­ sertank 11 ordnet man das Gefäß 50 mit seiner konkav gebogenen Wand 53 an der konvex gebogenen Wand 12 des Wassertanks 11 an. Dabei umgreifen die Klauen 57, 58 des Gefäßes 50 den Wassertank 11 seitlich. Im voll auf den Wassertank 11 aufgesteckten Zustand greift der Zapfen 34 des Wassertanks 11 in die Ausbuchtung 54 des Expansionsgefäßes 50 ein. Der Rohrstutzen 71 des Expansionsgefäßes 50 durchgreift den Durchbruch 38 des Wassertanks 11, während der Rohrstutzen 72 dessen Durchbruch 39 durchsetzt. Dabei liegt die Dichtung 41 auf dem Rohrstutzen 71 und die Dichtung 42 auf dem Rohrstutzen 72 auf. Gesichert wird die Verbindung des Expansionsgefäßes 50 mit dem Wassertank 11 durch die Klauen 57, 58, deren Krallen 65 im Eingriff mit den Vorsprüngen 24, 25 des Wassertanks 11 stehen.

Im einzelnen ist die Verriegelung in Fig. 6 gezeigt. Demnach sind die Kopplungsbereiche mit 81 und 82 bezeichnet. An diesen Bereichen liegen die Kanten 68 der Krallen 65 bedingt durch ihre Elastizität unverrück­ bar auf den Kanten 26, 27 der Vorsprünge 24, 25.

Derart miteinander verbunden bilden Wassertank 11 und Expansionsgefäß 50 eine lösbare Einheit, die in dichter Weise über die offene Längsseite des Wasser­ tanks 11 zum Anschluß an das Rohrsystem des Wärme­ austauscherteils ausgelegt ist, wodurch sowohl der Was­ sertank 11 wie das Expansionsgefäß 50 sich in der ge­ wünschten optimalen Position innerhalb des Wärmetau­ schers befinden.

Auffüllen von Wasser erfolgt durch die Öffnung, die durch den Flansch 74 festgelegt ist, an dem ein Ver­ schlußelement beispielsweise in Gestalt einer Klappe oder eines Ventils vorgesehen sein kann.

Claims (18)

1. Wärmetauscher mit einem Wassertank (11) und einem separa­ ten, geschlossenen Expansionsgefäß (50), das bei angrenzen­ den Wänden (12, 53) zwischen Wassertank (11) und Expan­ sionsgefäß (50) am Wassertank (11) lösbar befestigt ist, wobei Befestigungsmittel am Wassertank (11) und am Expan­ sionsgefäß (50) vorgesehen sind, die lösbar ineinander greifen und als Klammerungsmittel (57, 58; 24, 25) ausge­ bildet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel in etwa auf halber Höhe des Wassertanks (11) angeordnet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammerungsmittel am Expansionsgefäß (50) in Gestalt von Klauen (57, 58) ausgebildet sind, die in einer Verriege­ lungsstellung in Eingriff mit Ausnehmungen oder Vorsprüngen (24, 25) am Wassertank stehen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (57, 58) biegeela­ stisch ausgebildet sind.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Klauen (57, 58) und zwei Vorsprünge (24, 25) an einander gegenüberlie­ genden Seiten des Expansionsgefäßes (50) bzw. des Wassertanks (11) vorgesehen sind.

6. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche dadurch gekennzeichnet, 3 bis 5, daß die Klauen (57, 58) an ihren freien Enden Ein­ griffsorgane in Gestalt von Krallen (65) umfassen, die die Vorsprünge (24, 25) in der Verriegelungs­ stellung hintergreifen.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (24, 25) schräg verlaufen und durch Kanten (26, 27) begrenzt sind, die in der Verriegelungsstellung von Kanten (68) der Krallen (65) hintergriffen werden, durch die schräg verlaufende Führungsflächen (67) der Kral­ len (65) begrenzt sind.

8. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch einen Zapfen (34) am Wassertank (11), der in eine Ein­ buchtung am Expansionsgefäß (50) passend und/ oder abstützend eingreift.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (34) bzw. die Ein­ buchtung (54) im mittleren Bereich der Wand (12 bzw. 53) angeordnet ist.

10. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (12, 53) konkav bzw. konvex kom­ plementär ausgebildet sind.

11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (57, 58) im Randbe­ reich der konkav gekrümmten Wand (53) und die mit ihnen zusammenwirkenden Vorsprünge (24, 25) im Randbereich der konvex gekrümmten Wand (12) angeordnet sind.

12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (34) bzw. die mit ihm zusammenwirkende Einbuchtung (54) im Zenit der konvex gekrümmten Wand (12) des Wasser­ tanks (11) bzw. im Zenit der konkav gekrümmten Wand (53) des Expansionsgefäßes (50) angeordnet ist.

13. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsgefäß (50) rohrförmig, z. B. mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet ist, daß sich seine konkav gekrümmte Wand (53) über etwa ein Viertel seines Umfangs parallel zur Rohrachse er­ streckt und daß der Wassertank (11) quaderförmig ausgebildet ist, wobei eine Längsseite des Wasser­ tanks (11) komplementär zur konkaven Wand (53) konvex gekrümmt ist.

14. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassertank (11) und das Expansionsgefäß (50) durch Rohrstutzen (71, 72) bzw. Wanddurch­ brüche (38, 39) miteinander verbunden sind.

15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wanddurchbrüche (38, 39) Dichtungsringe (41, 42), z. B. mit U-förmigem Querschnitt, eingesetzt sind.

16. Wärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (71, 72) bzw. die Wanddurchbrüche (38, 39) in der Wand (53 bzw. 12) angeordnet sind.

17. Wärmeaustauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (34) bzw. die Ein­ buchtung (54) zwischen den Rohrstutzen (71, 72) bzw. den Wanddurchbrüchen (38, 39) angeordnet ist.

18. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassertank (11) und das Expansionsgefäß (50) aus Kunststoff bestehen.