DE3724459A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse, dessen Hohlraum von einem ersten Medium durch­ strömbar ist, und das eine gegebenenfalls durch einen zweiten Hohlraum gebildete Kontaktfläche für ein zweites Medium auf­ weist.

Bei einem Wärmetauscher dieser Art handelt es sich um eine übliche Bauart, die beispielsweise im DE-GM 76 18 150 be­ schrieben und dargestellt ist. Es ist der Zweck eines sol­ chen Wärmetauschers, Wärmeenergie vom einen Medium auf das andere Medium durch Wärmeleitung zu übertragen. Dabei kann dem Wärmetauscher ein Kühlelement bzw. ein Wärmeenergie­ erzeuger zugeordnet sein, z.B. in einem seiner Hohlräume, wie es ebenfalls in dem genannten DE-GM 76 18 150 beschrieben und dargestellt ist. Wesentlich ist dabei, daß der Wärme­ tauscher neben einer ersten Kontaktfläche für das erste Medium eine zweite Kontaktfläche für das zweite Medium aufweist, durch die der Wärmeaustausch erfolgen kann. Dabei kann die zweite Kontaktfläche durch den zweiten Hohlraum gebildet sein. Es kann sich bei dieser Kontaktfläche jedoch auch um eine Außenfläche des Gehäuses handeln, an der das zweite Medium, z.B. Flußwasser, vorbeiströmt.

Sowohl aus funktionellen Gründen als auch aus Gründen des Umweltschutzes dann, wenn eines der Medien aus einem umwelt­ unverträglichen Stoff besteht und das andere Medium in die Umwelt zurückgeführt wird, ist dafür Sorge zu tragen, daß im Wärmetauscher keine Vermischung der Medien stattfindet. Dies ist bei der vorliegenden Bauart durch die die Hohlräume voneinander trennende Gehäusewand gewährleistet. Ein Nachteil dieser Bauart besteht darin, daß ein Austausch zwischen den Medien dann stattfinden kann, wenn durch undichte Stellen, wie Risse, z.B. Spannungs- bzw. Schweißnahtrisse oder Korrosion die trennende Gehäusewand durchlässig wird. In diesem Fall erfolgt eine Vermischung der Medien und in dem Fall, in dem das eine Medium ein umweltunverträgliches Mittel wie Wärmeträgeröl und das andere Medium ein der Umwelt wieder zurückzuführendes Mittel wie Flußwasser ist, erfolgt eine Verunreinigung des Kühlmittels, nämlich des Flußwassers, das nach dem Kühlvorgang wieder dem Fluß zurückgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs bezeichneten Art bei Ausräumung der vorgenann­ ten Nachteile so auszugestalten, daß eine Vermischung zwischen dem ersten und dem zweiten Medium ausgeschlossen bzw. zumindest wesentlich erschwert ist.

Der durch die Erfindung erzielbare Vorteil liegt im wesent­ lichen darin, daß der Wärmetausch zwischen dem ersten und dem zweiten Medium über ein weiteres drittes, mit dem zwei­ ten Medium nicht im unmittelbaren Kontakt stehendes Medium bzw. über einen zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum angeordneten dritten Hohlraum erfolgt, aufgrund dessen eine undichte Stelle in der den ersten Hohlraum bzw. das erste, insbesondere umweltunverträgliche Medium begrenzenden Gehäusewand zu keiner Vermischung bzw. Verschmutzung des zweiten Mediums führt, da letzteres durch eine weitere Gehäusewand vom ersten Hohlraum bzw. vom dritten Hohlraum getrennt ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich insbesondere für solche Wärmetauscher, denen im ersten bzw. zweiten Hohlraum ein wärmeenergieerzeugendes Element, wie ein elektrischer Erhitzer zugeordnet ist, weil insbe­ sondere bei einer solchen Ausgestaltung aufgrund von beträcht­ lichen Temperaturunterschieden mit erheblichen Gefügespan­ nungen im Gehäusematerial zu rechnen ist und deshalb die eingangs beschriebenen undichten Stellen verhältnismäßig oft auftreten können.

Bei Verwendung einander verträglicher, gleicher bzw. umweltfreundlicher Medien wie Abwasser im zweiten und dritten Hohlraum sind entsprechende undichte Stellen zwischen dem zweiten und dem dritten Hohlraum aus den eingangs ge­ nannten Gründen zunächst unproblematisch.

Die Ausbildung nach Anspruch 2 ermöglicht ein frühes Anzeige­ system, das eine vorhandene undichte Stelle zwischen dem ersten und dem dritten Hohlraum anzeigt.

In den Ansprüchen 3 bis 10 sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben, die eine einfache und praktische sowie preiswert herstellbare Bauweise vorteilhafter Bauform, eine große Leistung und eine leichte und schnelle Montage bzw. Demontage und Reinigung des Wärmetauschers ermöglichen. Von Bedeutung ist auch, daß die den ersten und/oder den zweiten Hohlraum aufweisenden Gehäuseteile z.B. zwecks Reinigung demontiert werden können, ohne daß der zweite und/oder dritte Kreislauf unterbrochen bzw. die zugehörigen Gehäuseteile demontiert werden müssen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeich­ nung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels erläu­ tert.

In der Zeichnung ist ein allgemein mit 1 bezeichneter Wärmetauscher im axialen Längsschnitt dargestellt. Der Wärmetauscher weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Hohlraum 2, 3, 4 auf, die koaxial zueinander ange­ ordnet sind, vorzugsweise einen runden bzw. kreisringför­ migen Querschnitt aufweisen und durch rohrförmige Trenn­ wände 5, 6 des Gehäuses des Wärmetauschers 1 begrenzt sind. Jedem Hohlraum 2, 3, 4 ist eine Zuführungs- und Abführungs­ leitung 7, 8; 9, 10, 11, 12 zugeordnet, mittels deren er mit einer Flüssigkeit als Wärmeenergieträger durchströmbar ist. Die Flüssigkeiten sind voneinander getrennten Kreis­ läufen zugeordnet, die aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt sind, von denen jedoch jeder eine Pumpe zur Aufrechterhaltung der Strömung zwecks forciertem Wärme­ austausch aufweist. Die Strömungsrichtungen sind durch Pfeile verdeutlicht. Die Innen- und außenwände der Trennwände 5, 6 bilden Wärmeaustausch-Kontaktflächen, die mit der jeweiligen Flüssigkeit in Kontakt stehen und somit die Wärmeleitung von der einen Flüssigkeit zur anderen unter Einbeziehung der Trennwände 5, 6 als Wärmeleiter ermöglichen. Die durch die Außenfläche der zwischen dem zweiten und dem dritten Hohlraum 3, 4 angeordnete Trennwand 6 gebildete Kon­ taktfläche ist mit K bezeichnet.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich im ersten Hohlraum 2 Öl als Wärmeübertragungsmittel, während sich im zweiten Hohlraum 3 Wasser als Wärmeübertragungs­ mittel befinden kann. Im zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum 2, 3 angeordneten dritten Hohlraum 4 befindet sich vorzugsweise ein gleiches Mittel wie im zweiten Hohlraum 3, nämlich hier Wasser.

Im Betrieb durchströmt heißes Öl den ersten Hohlraum 2, dessen Wärme über die im dritten Hohlraum 4 befindliche Flüssigkeit und die Trennwände 5, 6 der im zweiten Hohl­ raum 3 strömenden Flüssigkeit übertragen wird. Wenn sich im Betrieb eine undichte Stelle in der Trennwand 5 zwischen dem ersten und dem dritten Hohlraum 2, 4 einstellt, was z.B. ein Spannungsriß, insbesondere Schweißnahtriß oder eine Korrosionsstelle sein kann, erfolgt ein Kontakt bzw. ein Austausch der Flüssigkeiten nur zwischen dem ersten und dem dritten Hohlraum 2, 4 und nicht mit der Flüssigkeit im zweiten Hohlraum 3, da letztere vom mittleren dritten Hohlraum 4 völlig getrennt ist. Auf diese Weise wird ver­ hindert, daß die im zweiten Hohlraum 3 befindliche Flüs­ sigkeit verunreinigt wird. Durch ein dem Kreislauf der im dritten Hohlraum 4 befindlichen Flüssigkeit zugeordnetes Anzeigegerät mit z.B. einem Fühler zur Erfassung von Substanzen der im ersten Hohlraum 2 befindlichen Flüssigkeit kann auf einfache Weise eine undichte Stelle bzw. ein Leck zwischen dem ersten und dem dritten Hohlraum 2, 4 angezeigt werden, bevor ein größerer Schaden, z.B. Umweltverschmut­ zung, entsteht.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste und der dritte Hohlraum 2, 4 jeweils durch eine rohrförmige Strömungs-Leitwand 13, 14 in einen inneren Hohlraumabschnitt 15, 16 und einen äußeren Hohlraumabschnitt 17, 18 unter­ teilt, von denen die zueinander gehörigen Hohlraumabschnitte 15, 16 bzw. 17, 18 jeweils durch eine radiale Strömungs­ öffnung 19, 20 miteinander verbunden sind. Auf der einen, in der Zeichnung rechten Seite des Wärmetauschers 1 sind die Hohlräume 2, 3, 4 jeweils durch eine radiale Stirnwand 21, 22, 23 als Wandabschnitte des Gehäuses 1 geschlossen, wobei die so gebildeten Trennwände 5, 6 bezüglich der Außen­ wand 24 des dritten Hohlraumes 4 topfförmig ineinandergesetzt sind, so daß sich zwischen den Stirnwänden 21, 22 und 22, 23 jeweils ein Strömungsquerschnitt, d.h. ein Abschnitt des jeweiligen Hohlraumes ergibt. Hierdurch wird eine große Wärmeaustauschoberfläche geschaffen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Leitwände 13, 14 in einem eine unge­ störte Strömung gewährleistenden Abstand a von der zugehörigen Stirnwand 22, 23 enden, wodurch die radialen Strömungs­ öffnungen 19, 20 geschaffen sind.

Um zu vermeiden, daß die radialen Zuführungs- und Abführungs­ leitungen 12, 13 für den dritten Hohlraum 3 den äußeren zweiten Hohlraum 3 durchsetzen, ist der dritte Hohlraum 4 gegenüber dem zweiten Hohlraum 3 auf der der Stirnwand 22 abgewandten Seite des Gehäuses in zwei Stufen S ₁, S ₂ verlängert und zwar um Maße, die wenigstens für die Anordnung der Zu- und Abführungsleitungen 11, 12 erforderlich sind. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der innere Hohl­ raumabschnitt 16 den äußeren Hohlraumabschnitt 18 des dritten Hohlraumes 4 ebenfalls überragt (S ₂). Vorzugsweise ist hierbei die Trennwand 6 zwischen dem zweiten und dem dritten Hohlraum 3, 4 über den den zweiten Hohlraum 3 an dieser Seite begrenzenden Stirnwandabschnitt 25 hinaus als Außenwand 26 des dritten Hohlraumes 4 verlängert, wobei die Leitwand 14 im dritten Hohlraum 4 über den am Ende der Stufe S ₁ angeordneten Stirnwandabschnitt 27 an dieser Seite des Gehäuses 1 als Außenwand 28 für den inneren Hohlraumab­ schnitt 16 des dritten Hohlraumes 4 verlängert ist und zwar bis zu einem weiteren Stirnwandabschnitt 29 des drit­ ten Hohlraumes 4, der den inneren Hohlraumabschnitt 16 axial begrenzt und an die Trennwand 5 zwischen dem ersten Hohlraum 2 und dem dritten Hohlraum 4 anschließt.

Um auch zu vermeiden, daß die radiale Zuführungsleitung 7 des ersten Hohlraumes 2 den dritten Hohlraum 4 durchqueren muß, ist in entsprechender Weise der äußere Hohlraumab­ schnitt 17 gegenüber dem inneren Hohlraumabschnitt 16 des dritten Hohlraumes 4 verlängert, vgl. s ₃, und zwar bis zu einem den äußeren Hohlraumabschnitt 17 axial begrenzenden Stirnwandabschnitt 31, der radial einwärts mit der Leit­ wand 13 im ersten Hohlraum 2 verbunden ist, die sich über diesen Trennwandabschnitt 31 hinaus als die Abführungslei­ tung 8 in Form eines Anschlußstutzens für den ersten Hohl­ raum 2 verlängert, der an seinem freien Ende einen Flansch 30 für den Anschluß an eine Versorgungsleitung aufweisen kann, mit dem der Wärmetauscher 1 anschließbar bzw. nach­ rüstbar ist. Infolgedessen ragen die Trennwände 5, 6 von den Stirnwandabschnitten 25, 29 und die Leitwände 13, 14 von den Stirnwandabschnitten 29, 31 jeweils frei in das Gehäuse des Wärmetauschers 1 hinein. Auf diese Weise erge­ ben sich ringförmige Strömungsräume für die Hohlräume 2, 3, 4, wobei die sich in den Hohlraumabschnitten 15, 17 und 16, 18 ergebenden Strömungsrichtungen einander entgegen­ gesetzt sind, da die Zuführungs- bzw. Abführungsleitungen 7, 8 und 11, 12 jeweils an einen Hohlraumabschnitt ange­ schlossen sind. Gegenströmung herrscht auch im äußeren Hohlraumabschnitt 17 bezüglich des inneren Hohlraumab­ schnittes 15, da die Strömungsrichtungen in diesen einander benachbarten Hohlraumabschnitten entgegengesetzt sind, vgl. Strömungsrichtungspfeile der Zuführungsleitung 7 und der Strömungsleitung 8. Da die Zuführungs- und Abführungslei­ tungen 7 bis 12 jeweils im Bereich der Enden der Hohlräume 2, 3, 4 angeordnet sind, ergibt sich somit eine im wesent­ lichen axiale Strömung in den Hohlräumen 2, 3, 4.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse des Wärmetauschers 1 aus drei Abschnitten, deren rechtwink­ lig zur Längsachse A gerichtete Teilungsfugen 34, 35 im Bereich der ersten und dritten Stufe s ₁, s ₃ angeordnet sind und zwar vorzugsweise innerhalb der jeweiligen Zu- bzw. Abführungsleitung, hier Zuführungsleitungen 7, 11. Im Bereich der Teilungsfugen 34, 35 sind den mit 36, 37, 38 bezeich­ neten Gehäuseteilen in üblicher Weise Flansche 39 zugeordnet, mit denen die Gehäuseteile durch andeutungsweise dargestell­ te Flanschschrauben miteinander verschraubt und in üblicher Weise abgedichtet sind. Es ist hervorzuheben, daß in vorbe­ schriebener Weise die Leitwand 13 vom ersten Gehäuseteil 36 und die Trennwand 5 sowie die Leitwand 14 vom zweiten Gehäu­ seteil 37 ausgehen, während die Trennwand 6 Teil des dritten Gehäuseteils 38 ist. Hierdurch ist nicht nur eine einfache und leicht zu montierende bzw. zu demontierende Bauweise gewährleistet, sondern auch eine einfache und schnelle Reinigung des ersten und vierten Hohlraumes 2, 4, z.B. mittels Bürsten.

Bei den andeutungsweise dargestellten Zuführungs- und Ab­ führungsleitungen 7, 9, 10; 11, 12 handelt es sich vor­ zugsweise um Anschlußstutzen, an die entsprechende Leitun­ gen anschließbar sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich insbesondere für einen solchen Wärmetauscher 1, dem im ersten Hohlraum 2 ein vorzugsweise elektrisches Heizelement zum Erhitzen des darin befindlichen Mediums wie Öl (Heizöl) zugeordnet ist. Ein solches Heizelement findet als langgestreckter Körper im inneren Hohlraumabschnitt 15 des ersten Hohlraumes 2 genügend Platz. Dem Wärmetauscher 1 kann aber auch, z.B. nach Art des DE-GM 76 18 150, ein Kühlelement zugeordnet sein.

Claims (10)

1. Wärmetauscher mit einem Gehäuse, dessen Hohlraum (2) von einem ersten Medium durchströmbar ist, und das eine gegebenenfalls durch einen zweiten Hohlraum (3) gebildete Kontaktfläche (K) für ein zweites Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Hohlraum (2) und der Kontaktfläche (K) ein dritter Hohlraum (4) vorgesehen ist, der von einem dritten Medium durchströmbar ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Hohlraum (4) oder im zugehörigen Kreislauf ein Sensor angeordnet ist, der in den dritten Hohlraum (4) eingedrungene Substanzen des den ersten Hohlraum (2) durchströmenden Mediums ermittelt und durch eine Signalleitung mit einem Anzeigegerät zwecks Anzeige einer Leckage verbunden ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (2, 3, 4) koaxial zueinander angeordnet sind und vorzugsweise runde bzw. kreisringförmige Quer­ schnitte aufweisen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (2) den dritten Hohlraum (4) an wenigstens einem Ende axial überragt (s ₃) und die Zufüh­ rungs- und Abführungsleitung (7, 8) für den ersten Hohl­ raum (2) im Bereich des überragenden Gehäuseabschnittes (s ₃) vorgesehen sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Hohlraum (4) den zweiten Hohlraum (3) an wenigstens einem Ende axial überragt und die Zuführungs­ und die Abführungsleitung (11, 12) im Bereich des überragen­ den Gehäuseabschnitts (s ₂) angeordnet sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die überragenden Gehäuseabschnitte an einem Ende des Gehäuses angeordnet sind und am anderen Ende des Gehäuses die die Hohlräume (2, 3,4) begrenzenden Gehäusewände (5, 6, 21 bis 23) topfförmig ineinander gesetzt sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste und/oder der dritte Hohlraum (2, 4) durch eine rohrförmige Trennwand (5, 6) in einen inneren und äußeren Hohlraumabschnitt (15, 17; 16, 18) unterteilt sind, wobei die zugehörigen Zuführungs- und Ab­ führungsleitungen (7, 8; 11, 12) an die inneren und äußeren Hohlraumabschnitte angeschlossen sind und Strömungsöffnungen (19, 20) zwischen den Hohlraumabschnit­ ten (15, 17; 16, 18) am den zugehörigen Zuführungs- und Abführungsleitungen abgewandten Ende des Hohlraumes (2, 4) angeordnet sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnung (19, 20) durch eine kürzere Bemes­ sung der Trennwand (5, 6) als der zugehörige Hohlraum (2, 4) gebildet ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hohlraumabschnitt (15, 16) des ersten Hohl­ raumes (2) und/oder des dritten Hohlraumes (4) den zuge­ hörigen äußeren Hohlraumabschnitt (17, 18) axial überragt und die zugehörigen Zuführungs- und Abführungsleitungen (7, 8; 11, 12) an die zugehörigen Hohlraumabschnitte ange­ schlossen sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem ersten, inneren Gehäuseteil (36), einem zweiten mittleren Gehäuseteil (37) und einem dritten äußeren Gehäuseteil (38) besteht, wobei die Teilungsfuge (34) zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil (36, 37) im Bereich des Gehäuseabschnitts angeordnet ist, in dem der erste Hohlraum (2) den dritten Hohlraum (4) überragt, sowie die Leitwand (13) im ersten Hohlraum (2) vom ersten Gehäuseabschnitt (36) ausgeht, und wobei die Teilungsfuge (35) zwischen dem zweiten und dem dritten Gehäuseteil (37, 38) im Bereich des Gehäuseabschnittes angeordnet ist, in dem der dritte Hohlraum (4) den zweiten Hohlraum (3) überragt, wobei die Trennwand (5) zwischen dem ersten und dem dritten Hohlraum (2, 4) und vorzugsweise auch die Leitwand (14) im dritten Hohlraum (4) vom zweiten Gehäuseteil (37) ausgehen.