DE3303022A1

DE3303022A1 - Zweikreis-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3303022A1
Application number: DE19833303022
Authority: DE
Inventors: Rune 58263 Linköping Eriksson
Original assignee: ELGE VERKEN AB
Current assignee: ELGE VERKEN AB
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1983-01-29
Publication date: 1983-08-11
Also published as: FI74347C; SE8200707L; FI830419L; SE467321B; JPS58150792A; US4602674A; FI74347B; FI830419A0

Description

Patentanwalt und Rechtsanwalt r—~ «-«mtI

)r.-lng. Dipl.-lng. Joachim Boecker L^ ~Z-J£— 1 6 Frankfurt /Main 1 , 24 .1 .1 983

Rathenauplatz2-8 ß/d 21 234 P

Telefon: (0611) "282355 Telex: 4189066 itaxd

AB ELGE-VERKEN Linköping / Schweden

Zweikreis-Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Zweikreis-Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Wärmeaustauschern für beispielsweise Fernheizungssysteme, bei denen Fernheizwasser im Primärkreis unter höherem Druck, z.B. 5 bis 20 Bar, steht und im Sekundärkreis Verbrauchswasser mit niedrigem Druck vorhanden ist, wird eine große Sicherheit gegen Undichtigkeiten vom Fernheizungssystem zum Verbrauchswasser verlangt. Das Fernheizungswasser hat normalerweise einen höheren Druck als das Verbrauchswarmwasser, und ein Leck in einem Wärmeaustauscher kann "zur Folge haben, daß das Fernheizungswasser in das Verbrauchswarmwasser eindringt, was nicht zuletzt aus Gesundheitsgründen unerwünscht ist. Gleichzeitig wird ein konstruktiv einfacher Wärmeaustauscher mit einem hohen Wirkungsgrad angestrebt.

Bekannt sind u.a. Dreikreis-Wärmeaustauscher, die aus zwei Systemen, die aus Spiralen mit runden Rohren aufgebaut sind, und einem weiteren, diese Rohre umgebenden Kreis bestehen. Dieser Wärmetauscheraufbau ist verhältnismäßig kompliziert. Die Hauptaufgabe dieser Art von Wärmeaustauschern ist die Wärmespeicherung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweikreis-Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zu entwickeln, der im Aufbau und in der Herstellung einfach ist, einen guten Wärmeübergang hat und gegen unerkanntes übertreten

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von Wasser aus dem einen System in das andere leicht zu sichern ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Zweikreis-Wärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung erhält man einen kompakten Wärmeaustauscher mit gutem Wirkungsgrad, bei dem die Gefahr des Eintritts von Fremdwasser durch ein Leck im Verbrauchswassersystem reduziert ist und bei dem ein Leck leicht und schnell erkannt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Rohrsysteme dadurch hergestellt, daß Rohrspiralen flachgedrückt werden, z.B. durch Pressen zwischen zwei Platten. Jedes Rohrsystem besteht aus einer oder mehreren Flachspiralen.

Vorzugsweise werden die Rohre während des Flachdrückens einem hohen inneren Druck ausgesetzt, z.B. 50 Bar, wodurch innere Einbeulungen oder Verengungen im wesentlichen vermieden werden und nach außen vorstehende Flossen oder Leisten in dem mittleren Teil der ebenen Seitenflächen entstehen.
' ' Ein Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung läßt sich leicht zusammenbauen und hat einen hohen Wirkungsgrad, was unter anderem auf den hohen Wärmeübergangszahlen öC zwischen den Rohren beruht. Die Wärmeübergangszahl kann noch weiter erhöht werden, indem die Rohre beim Flachdrücken mit einer unebenen Fläche in Längsrichtung der Rohre versehen werden.

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Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1A in prinzipieller Darstellung eine erste Ausführungsform eines Wärmeaustauschers gemäß der

Erfindung,

Fig. 1B in detaillierterer Darstellung einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1A,

Fig. 2 schematisch eine andere Ausführungsform eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Rohre im flachgedrückten Zustand,

Fig. 4 eine entsprechende Darstellung wie Fig. 3, wobei die flachen Seiten der Rohre mit vorstehenden Flossen versehen sind,

Fig. 5 eine weitere Querschnittsdarstellung durch die Rohre,

Fig. 6 eine Preßscheibe zum Flachdrücken,

Fig. 6A und B Details zur Erläuterung des Herstellungsvorganges,

Fig. 7A bis 7C verschiedene Querschnitte der in der Preßscheibe vorhandenen Nut.

Fig. 1A zeigt Wärmeaustauscherrohre 1 mit zwei Rohrsystemen, eines für Fernheizungswasser, das vom Speiserohr 2 zum Speiserohr 3 geleitet wird, und eines für Verbrauchswasser, das vom Speiserohr 4 zum Speiserohr 5 geleitet wird. Die Strömungsrichtung in beiden Systemen ist einander entgegengesetzt.

Figur 1B (Schnitt A-A in Figur 1A) zeigt flachgedrückte Rohre 1, die zwischen Platten 6 eingespannt und montiert sind, welche von einer Spannvorrichtung 7 zusammengehalten werden. An den Seiten sind zwischen benachbarten Spiralen Stützanordnungen 8 angeordnet.

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Figur 2 zeigt den Wärmeaustauscher mit zwei Flachspiralen, die in derselben Richtung gewickelt sind. In' Figur IA sind die Wickelrichtungen entgegengesetzt. Die Systeme.liegen zwischen den Speiserohren 9 und 10 bzw. 11 und 12. ,

Figur 3 zeigt flachgedrückte Rohre' 13 mit-Stützkörpern 8, wobei die obere und untere Schicht (Spirale) in Reihe geschaltet sind und zu dem einen System gehören, während die mittlere Schicht zu dem anderen System gehört.

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Das Flachdrücken geschieht zwischen zwei Scheiben (H, Fig, 6) und wird durch eine äußere Pressung von jeweils einer Spirale zur Zeit durchgeführt. In den Scheiben 14 ist eine Spiralnut 15 angeordnet,die bei A, B und C verschie- · dene Querschnitte haben kann, (siehe Fig. 7A-C). Diese Nut bestimmt die Form der Rohrspirale.In Fig.6A-7C liegen zwei Preßscheiben 14 mit ihren Nutseiten aneinander.

Durch das Flachdrücken kann beispielsweise eine Verengung oder Einbeulung des Rohres 13 entstehen (siehe Figur 6A), die aber auch weniger deutlich ausgeprägt sein kann (siehe Figur 6B). Während des Flachdrückens beim Preßvorgang zwischen den Platten 14 (Figur 6) wird die Rohrspirale.J3_n

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mit unter starkem Druck (beispielsweise bis 50 Bar)\[gefüllt, wodurch die Einbeulungen 13 herausgedrückt werden und an beiden ebenen Seitenflächen 18 des Rohres je eine Flosse oder Leiste 17 entsteht.

Figur 4 zeigt, wie die einzelnen Flachspiralen aufeinandergeschichtet werden. Die Rohre benachbarter Spiralen sind d±>ei seitlich gegeneinander versetzt. Diese Versetzung ist so bemessen, daß die Flossen 17 an den Rohren der einen Spirale in die Lücken zwischen benachbarten Rohren der angrenzenden Spirale greifen, wie dies in der Figur 4 dargestellt ist.

Dadurch, daß auch der Querschnitt des Rohres in Längsrichtung variieren kann (siehe Figur 7A-7C) , kann auch ein

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unterschiedliches Längenprofil, d.h. eine unebene Oberfläche in Längsrichtung der Rohre, geschaffen werden, wo-. durch die Wärmeübergangszahl O^ erhöht wird. Die in Fig. 5 angedeutete Fläche 19 ist also in ihrem Verlauf in die Zeichenebene hinein bzw. aus dieser heraus uneben.

Die Anzahl der in Reihe geschalteten Flachspiralen sowohl im Primär- wie im Sekundärsystem kann verschieden sein, was auch für die Anzahl der Spiralen zwischen den.Einspannplatten 6 (Figur 1B) gilt.

Gemäß der Erfindung werden die Flächen 18 so geformt, daß der größtmögliche mechanische Kontakt mit der benachbarten Spirale entsteht, d.h. zwischen Rohrwindungen in verschiedenen Spiralen/Systemen. Die Spirale wird entsprechend dem Preßwerkzeug 14 geformt. Sie erhält eine Form, die es ihr ermöglicht, späteren Arbeits- und Probedrücken standzuhalten. Man erhält einen hohen inwendigen C& -Wert.

Beim Flachdrücken muß jede Spirale für sich flachgedrückt werden, und das innere Druckmedium wird eingefüllt, bevor die Preßwerkzeuge entfernt werden. Zwischen den Spiralen

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kann ein wasserlöslicher Filmyangebracht werden. Dieser Film .bewirkt, solange er nicht beispielsweise durch ein Leck aufgelöst ist, einen besseren Wärmeübergang beispielsweise bei nicht unmittelbar aneinanderliegenden Rohrflächen,

Nach erfolgter Montage wird der Wärmeaustauscher sowohl im Primärsystem wie im Sekundärsystem einem hohen Druck, beispielsweise 100 Bar, ausgesetzt, wodurch der Kontakt zwischen den aneinanderliegenden Flächen verbessert wird. Jede zweite Spirale kann aus einem anderen Material bestehen,

Bei einem Leck in einem oder beiden Rohrsystemen dringt Wasser zwischen die Spiralen, wodurch der obengenannte Film aufgelöst wird und das Leck leicht erkennbar wird.

Letzteres ist natürlich auch der Fall, wenn kein Film verwendet wird. Die Anzeige des Lecks kann elektrisch erfolgen, beispielsweise durch Kontakt- und/oder Widerstandsdrähte. Eine andere alternativ oder gleichzeitig verwendbare Anzeige· möglichkeit besteht in dem Anschluß von Tropfrohren oder dergleichen an den Zwischenraum zwischen den beiden Systemen. (Dies ist in den Figuren nicht dargestellt).

Die Rohre können beispielsweise aus Kupfer, Bronze, einer Kupferlegierung, Blech, Stahl oder Kunststoff bestehen, und die Wanddicke der Rohre kann beispielsweise 0,5 bis 0,7 mm betragen. Der Rohrdurchmesser kann beispielsweise 10 mm betragen. Die Preßscheibe 14 kann beispielsweise einen Durchmesser von 400 mm haben.
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Die Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

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r.-lng. Dipl.-!ng. Joachim Bo ecke r ' 6 Frankfurt/Main 1 , 24.1.1983

ß/d 21 234 P Telefon: (0611) »282355 Telex: 4189066 ilaxd

PATENTANSPRÜCHE:

U Zweikreis-Wärmeäustauscher, bestehend aus zwei Rohrsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre jedes Rohrsystems einen nicht runden Querschnitt haben, daß diese Rohre wenigstens teilweise ebene Seitenflächen (18) haben und daß diese ebenen Seitenflächen der Rohre (2, 3, 9, 10 bzw. 4, 5, 11, 12) beider Systeme in mechanischem Kontakt miteinander stehen.

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2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß die beiden Rohrsystem©-"durch Flachdrücken geformt sind, z.B.' durch Tressen zwischen zwei plattenförmigen Preßwerkzeugen (14), und daß jedes -Rohrsystem beispielsweise als Flachspirale ausgebildet ist.
3. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen,Seitenflächen (18) der Rohre der beiden Rohrsysteme nach außen gerichtete Flossen oder Leisten (17) aufweisen, die vorzugsweise in der Mitte dieser ebenen Seitenflächen liegen.
4. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsysteme im Verhältnis zueinander so angeordnet sind, daß die Rohre des einen Systems im Verhältnis zu den Rohren des anderen Systems seitlich verschoben liegen, beispielsweise in Zickzackform untereinander, wobei vorhandene Flossen oder Leisten (17) an den Rohren zwischen zwei nebeneinander liegenden Rohren des benachbarten Rohrsystems liegen.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsysteme aus mehreren Schichten bestehen, : die vorzugsweise in Reihe geschaltet sind und mit Hilfe von Spannvorrichtungen (7) zwischen zwei Platten (6) eingespannt sind.

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6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsysteme aus gleichartigen Flachspiralen bestehen und einander so angepaßt sind, daß sie aufeinander plazierbar sind.
7. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in Längsrichtung

eine solche unebene Fläche (19) haben, daß die Wärmeübergangszahl ( CC ) erhöht wird.
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8. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohrspiralen ein wasserlöslicher Film angebracht ist, dessen Auflösung durch Wasser, das bei einem Leck in einem der Rohrsysteme austritt, als Anzeige für die Undichtigkeit des Rohrsystems dient.
9. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen .den Rohrsystemen, zweckmäßigerweise im Zwischenraum zwischen Rohrsystemen, Anzeigegeräte für ein Leck, beispielsweise elektrische Anzeigegeräte oder Tropfrohre, angeordnet sind.
10. Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauschern nach

einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß spiralförmige Rohre zwischen plattenförmige Preßwerkzeuge (14), in denen eine spiralförmige Nut (15) eingelassen ist, die dem gewünschten Profil der Rohre entspricht, flachgepreßt werden und daß vor Entfernung der Preßwerkzeuge (14) die Rohre einem inneren Druck solcher Höhe ausgesetzt werden, daß nach innen gerichtete Einbeulungen oder Verengungen im wesentlichen beseitigt werden und - soweit im Profil der Nut (14) vorhanden - nach außen gerichtete Flossen oder Leisten (17) im vorzugsweise mittleren Teil der ebenen Seitenflächen (18) entstehen.

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