DE3923511A1

DE3923511A1 - Stroemungsverteiler zur stroemungsverteilung und umleitung in einen roehrenwaermeuebertrager

Info

Publication number: DE3923511A1
Application number: DE3923511A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Moeckel; Kurt Schueler; Guenter Dipl Ing Schertz; Juergen Dipl Ing Lang; Klaus Reisig; Bernd Dipl Ing Hanstein
Original assignee: Bauakademie der DDR
Current assignee: Bauakademie der DDR
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1989-07-15
Publication date: 1990-02-01
Also published as: DD283526A7

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Strömungsverteiler für Röhren wärmeübertrager, die insbesondere zur Abwasserwärmenutzung in Duschanlagen von Sport- und Erholungsstätten, Einrichtungen des Gesundheitswesens sowie vielfältigen gesellschaftlichen und industriellen Sanitärkomplexen geeignet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein wesentliches Kriterium bei der Gestaltung rekuperativer Wärmeübertragungssysteme zur Erwärmung oder Kühlung von Nutz- bzw. Trinkwässern oder anderer lebensphysiologisch einwirkender Flüssigkeiten besteht darin, eine negative Beeinflussung der Flüssigkeitsqualität auszuschließen. Dies gilt u. a. auch für die im Fußbodenbereich von Duschanlagen bevorzugt verwendeten Röhrenwärmeübertrager, die eine Vorwärmung des Duschfrisch wassers durch Duschabwasser mit außerordentlich günstigen Wärmerückgewinnungsgraden ermöglichen. Einige bekannte Wärme übertrager werden deshalb aus weitgehend korrosionsstabilen und inkrustationshemmenden Werkstoffen, beispielsweise hoch legierten Stahlmarken oder Buntmetallen, ausgeführt. Aufgrund der daraus resultierenden Verfügbarkeitsproblematik und der kostenintensiven Herstellungsfaktoren zeigte sich bereits ein verstärkter Trend zur Materialsubstitution, d. h. in Richtung des Einsatzes unlegierter oder niedriglegierter Stähle mit entsprechender Korrosionsschutzbehandlung. So ist z. B. im DD-WP 2 29 204 ein Röhrenwärmeübertrager dargestellt, der aus zwei gegenüberliegenden, kammförmig gestalteten und voneinander getrennten Segmenten mit mehreren Wärmeübertragungsrohren aus unlegierten oder niedriglegierten Stählen, welche rechtwinklig zu einem mit Strömungskanälen versehenen Vor- und Rücklaufver teiler und parallel zueinander angeordnet sind, besteht.

Diese Konstruktionskonzeption beinhaltet einen zuverlässigen Korrosionsschutz, besonders an den mit Nutz- bzw. Trinkwasser in Berührung kommenden inneren Wärmeübertragungsflächen. Hier bei sind jedoch qualitativ und quantitativ hohe Fertigungsan forderungen sowie hohe spezifische Materialeinsatzmassen, woraus sich ungünstige Amortisationszeiten ableiten, zu ver zeichnen.

Eine weitere Lösungsvariante ist im DD-WP 2 91 285 beschrieben. Dieser Wärmeübertrager wird aus ebenen Kastenprofilrohren, vorzugsweise aus Baustahl, gebildet. Die Profilrohre sind an ihren Enden mit Halteblechen zusammengefügt und z. B. paar weise durch Strömungsleitstücke, die sich an der Außenseite der Haltebleche befinden und eine Strömungsumlenkung bewirken, hydraulisch miteinander verbunden. Bedingt durch die große Anzahl von Strömungslenkungen ist der vorgesehene innere Kor rosionsschutz trotz ausreichender Strömungsquerschnitte nur mit komplizierten technologischen Arbeitsschritten realisierbar.

In der DE-OS 27 49 205 ist ein Röhrenwärmetauscher vorgeschlagen, bei dem zum einen die haarnadelförmig gebogenen Wärmetauscher rohre an den Enden mit Kunststoff umspritzt oder umhüllt werden und zum anderen gleichzeitig ein Sammelbehälter bzw. Strömungs verteiler mit ausgebildet wird. Eine derartige Bauweise mit separat gefertigten Wärmetauscherrohren und angeformten Strö mungsverteiler erfordert extreme fertigungstechnologische Auf wendungen und vor allem hohe Werkzeugkosten bei großvolumigen und -flächigen Wärmetauschern. Darüber hinaus ist diese prin zipielle Verbindungstechnik für Wärmetauscher mit großen statischen und dynamischen Belastungsbeanspruchungen ungeeignet. Die beispielsweise beim ständigen Betreten von Wärmeübertragern zur Duschabwasserwärmenutzung aufzunehmenden Gewichtskräfte (ca. 70 . . . 100 kp), die beim turnusmäßig manuellen Reinigen der Wärmeübertragungsunterseite auftretenden Stoßbeanspru chungen (Auf- und Abkippbewegung) sowie die systembedingten Nutzwasserdrücke (ca. 0,6 . . . 1 MPa) können vor allem mit der gewählten Abdichtung bzw. Trennung zwischen Rohren und Sammel behälter, bei dem auch relativ große Wanddicken notwendig wären, kaum funktionsgerecht beherrscht werden. Alle genannten Lösungen haben auch den Nachteil, daß die Reinigung der Wärmeübertrager von inneren Inkrustationsablagerungen nicht bzw. nur mit großem Aufwand möglich ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für die Herstellung von Röhrenwärmeübertragern mit Strömungsverteilern für große äußere und innere Belastungsansprüche sowie dessen Reinigung zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine einfache Strömungsverteilung und Umlenkung den Gesamtaufwand zur Her stellung und Reinigung von Röhrenwärmeübertragern mit Strö mungsverteilern für große äußere und innere Belastungsan sprüche zu verringern.

Erfindungsgemäß wird das mit einem Strömungsverteiler zur Strömungsverteilung und Umlenkung in einem Röhrenwärmeüber trager mit mehreren, vorzugsweise in einer Ebene angeordneten Wärmeübertragungsrohren, die zwischen zwei Strömungsverteilern angeordnet sind, dadurch erreicht, daß im Verteilerrohr des Strömungsverteilers in axialer Richtung ein- und ausführbare Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente, die an der Innenfläche des Verteilerrohres im Abstand voneinander radial kraftschlüssig anliegen, angeordnet sind und daß mindestens eines der beiden stirnseitig im Verteilerrohr befindlichen Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente zusätzlich als Strömungsverteilerverschluß angeordnet ist. Mit den erfin dungsgemäßen ein- und ausführbaren Strömungsverteilungs- und Umlenkungselementen, welche die Verteilung und Umlenkung der Flüssigkeit im Röhrenwärmeübertrager mit Strömungsverteilern übernehmen, wird der Herstellungsaufwand erheblich verringert.

Durch den erfindungsgemäßen Strömungsverteiler wird ein pro blemloser und festigkeitsmäßig stabiler Anschluß der Wärme übertragungsrohre bzw. Kastenprofilrohre am Strömungsver teiler, z. B. durch Schweißen sowie insgesamt eine einfache und qualitativ hochwertige äußere und vor allem innere Kor rosionsschutzbehandlung des Röhrenwärmeübertragers erreicht.

Die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente ermöglichen aufgrund ihrer Entnahmefähigkeit aus dem Verteilerrohr eine Reinigung dessen Innenfläche von Inkrustationsablagerungen. Die Reinigung der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente selbst, erfolgt außerhalb des Strömungsverteilers. Die im Endbereich des Verteilerrohres angeordneten Strömungsvertei lungs- und Umlenkungselemente, welche zusätzlich als Strö mungsverteilerverschluß dienen, garantieren eine schnelle Ein- und Ausführung der Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente. Bei der Anwendung eines Strömungsverteilungs- und Umlenkungselementes als Strömungsverteilerverschluß an einer Verteilerrohrstirnseite, wird die gegenüberliegende Stirn seite durch einen anderen Strömungsverteilerverschluß abge dichtet bzw. abgeschlossen.

Eine kraftschlüssige Anlage der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente an der Innenfläche des Verteilerrohres vollzieht sich infolge mechanischer Spannungen. Dazu ist es notwendig, daß der Außendurchmesser der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente, die im radialen Endbereich elastische Dichtwerkstoffe enthalten oder vollständig daraus bestehen, größer als der Innendurchmesser des Verteilerrohres ausge führt wird.

Die kraftschlüssige Anlage der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente ist auch durch mechanische Spannungs wirkung und Flüssigkeitsdruckwirkung oder nur durch Flüssig keitsdruckwirkung erzielbar. Eine flüssigkeitsbedingte Ab dichtung erfordert eine entsprechende Lippenform oder elasti sche Dichtelemente, analog der von konventionellen Nut- oder Außenlippenringen. Durch die Anordnung eines als Strömungs verteilerverschluß fungierenden Strömungsverteilungs- und Umlenkungselementes an mindestens einer Stirnseite des Ver teilerrohres wird ebenfalls der Herstell- und Reinigungs aufwand für den Röhrenwärmeübertrager insgesamt verringert. Durch eine feste Anordnung der Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente auf einen Haltekörper, der vorzugsweise aus Rundmaterial besteht, wird sowohl eine schnelle Instal lation der Elemente im Verteilerrohr, als auch eine schnelle und unkomplizierte Reinigung des Strömungsverteilers erreicht.

Es ist auch möglich, verschlissene Elemente auszuwechseln. Der Haltekörper und die Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente können auch ein homogenes Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil bilden. Das homogene Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil hat den Vorteil, daß die Strömungsver teilung und Umlenkung im Strömungsverteiler mit geringeren Druckverlusten und die Reinigung des Formteils selbst schneller durchführbar ist. Bei entsprechend geringerem Querschnitt des Haltekörpers werden fertigungsbedingte Form- und Lageabwei chungen während des axialen Einführens der Strömungsvertei lungs- und Umlenkungselemente bzw. Formteile ausgeglichen. Die Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente können auch materialsparend, daß heißt ohne Haltekörper, einzeln und/oder miteinander verbunden im Strömungsverteiler angeordnet werden. Bei einer Einzelanordnung der Strömungsverteilungs- und Um lenkungselemente im Strömungsverteiler wird eine schnelle Austauschbarkeit von verschlissenen Elementen gewährleistet. Alle Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente, die nicht zusätzlich als Strömungsverteilungsverschluß angeordnet sind, werden im bestimmten Abstand voneinander derart installiert, daß sie zwischen zwei oder mehreren Röhrenwärmeübertragungs rohren strömungslenkend und strömungsverteilend, ohne Leck strombeeinflussung zwischen benachbarten Umlenkkammern, fixiert sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Duscheinrichtung mit Wärmeübertrager nach Linie II-II der Fig. 2,

Fig. 2 die Schnittansicht nach Linie I-I der Fig. 1,

Fig. 3 die Schnittansicht nach Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil mit radialer Dicht wirkung durch mechanische Spannung,

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil mit radialer Dicht wirkung durch Flüssigkeitsdruck.

Der in Fig. 1 und 2 komplex dargestellte Röhrenwärmeübertra ger 1 ist innerhalb der Duschwanne 2 einer Duscheinrichtung installiert. Die Wärmeübertragungselemente bestehen vorzugs weise aus Kastenprofilrohren 4, welche parallel zueinander angeordnet und jeweils an beiden Enden mit einem Strömungs verteiler 3 versehen sind. Die mit dem wandseitigen Strö mungsverteiler 3 gekoppelten flexiblen Anschlußleitungen 17 sind einerseits an eine Druckleitung für kaltes Frisch wasser K und andererseits an eine zur Mischbatterie 6 füh rende Leitung angeschlossen. Das nach dem Duschvorgang in Duschabwasser A umgewandelte Duschfrischwasser F benetzt die geneigten Flächen der Kastenprofilrohre 4, wodurch ein Teil der darin enthaltenen Wärmeenergie auf das in den Kastenpro filrohren 4 strömende kalte Frischwasser K übertragen wird. Das somit vorliegende vorgewärmte Frischwasser V wird mit dem heißen Frischwasser H mittels der Mischbatterie 6 be darfsgerecht gemischt und zur Dusche 5 befördert. Das Dusch wasser A wird entweder direkt oder nach entsprechendem An stauen in der Duschwanne 1 über einen Abfluß abgeleitet. Die Kastenprofilrohre 4 sind an den Verteilerrohren 7 der Strömungsverteiler 3 angeschweißt, womit eine druckbestän dige und festigkeitsstabile Verbindung gewährleistet ist. Diese zu einer Baugruppe zusammengefügten Teile lassen sich infolge der in das Verteilerrohr 7 eingearbeiteten Durch brüche und der stirnseitig offenen Verteilerrohrenden pro blemlos verzinken oder mit einer anderen Korrosionsschutz schicht behandeln. Das in Fig. 3 gezeigte Verteilerrohr 7 des Strömungsverteilers 3 enthält Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente 10, die in einem gewünschten Raster im Abstand voneinander auf einem Haltekörper 9 befestigt sind.

Die beispielsweise mittels Zentrierlehre fixierten Strö mungsverteilungs- und Umlenkungselemente 10 besitzen Ra dialdichtringe 11, deren äußerer Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Verteilerrohres 7. Daraus resultiert eine radiale Dichtringanlage an der Rohrinnen fläche und somit eine funktionssichere Strömungsumlenkung ohne Leckstrombeeinflussung zwischen benachbarten Umlenk kammern 8. Die stirnseitige Abdichtung der Verteilerrohre 7 erfolgt durch Verschlußdeckel 14, welche ebenfalls am Halte körper 9 angebracht und mit einem Radialdichtring 11, vor zugsweise einem Rund-, Nut- oder Außenlippenring 12, ver sehen sind.

Die zu einer Baugruppe vereinigten Teile 9, 10 und 14 können in einfacher Weise mit einer Korrosionsschutzschicht belegt, anschließend mit den Dichtungen 11 und 12 komplettiert und darauffolgend axial in das Verteilerrohr 7 des Strömungs verteilers 3 eingeschoben werden. Die komplette Baugruppe wird beispielsweise an einer Stirnseite des Strömungsver teilers 3 mittels Sicherungsring 13 fixiert. Voraussetzung für das beschädigungslose Entlanggleiten der Dichtungen 11 und 12 an der Verteilerinnenfläche sind gratfreie innere Durchbruchkanten, die z. B. mittels eines geeigneten Rohr glättwerkzeuges oder einer Kiesbettvibrationseinrichtung entfernt werden können. Die erfindungsgemäßen Strömungs verteilungs- und Umlenkungselemente 10 besitzen auch den Vorteil, daß bei entsprechend geringem Querschnitt des Hal tekörpers 9 fertigungsbedingte Form- und Lageabweichungen während des axialen Einführens ausgleichbar sind. Des wei teren ist eine einfache Demontagefähigkeit gegeben, um in erster Linie die Umlenkkammern 8 nach bestimmten Betriebs zeiten von Inkrustationsprodukten befreien zu können.

Der in Fig. 4 dargestellte Strömungsverteiler 3 beinhaltet ein materialseitig homogenes Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil 15, in welches die Verteilerelemente und der Haltekörper 9 integriert sind. Das Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil 15 besteht aus elastischem Dicht werkstoff, vorzugsweise aus Gummi- oder Plastmaterial.

Die radiale Dichtwirkung durch mechanische Spannung wird dadurch erreicht, indem der Außendurchmesser des Strömungs verteilungs- und Umlenkungsformteils 15 größer gehalten wird, als der Innendurchmesser des Verteilerrohres 7 des Strömungs verteilers 3.

In Fig. 5 ist ebenfalls ein elastisches Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil 16 mit homogener Verbindung von Strö mungsverteilungs- und Umlenkungselementen und Haltekörper 9 ausgeführt. Das Strömungsverteilungs- und Umlenkungsform teil 16 besitzt hierbei Dichtlippen, welche eine radiale Dichtwirkung infolge des inneren Flüssigkeitsdruckes ermög lichen.

Die Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteile 15 und 16 können auch als Einzelteile, angedeutet durch die Trenn linie T, konzipiert werden.

Auflistung der verwendeten Bezugszeichen

1 Röhrenwärmeübertrager
2 Duschwanne
3 Strömungsverteiler
4 Kastenprofilrohre
5 Dusche
6 Mischbatterie
7 Verteilerrohr
8 Umlenkkammer
9 Haltekörper
10 Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente
11 Radialdichtring
12 Rund-, Nut- oder Außenlippenring
13 Sicherungsring
14 Strömungsverteilerverschluß
15 und 16 Strömungsverteilungs- und Umlenkungsformteil
17 Anschlußleitungen
A Duschabwasser
F Duschfrischwasser
H heißes Frischwasser
K kaltes Frischwasser
T Trennlinie
V vorgewärmtes Frischwasser

Claims

1. Strömungsverteiler zur Strömungsverteilung- und Umlenkung in einem Röhrenwärmeübertrager mit mehreren Wärmeübertra gungsrohren, die zwischen zwei Strömungsverteilern ange schlossen sind, gekennzeichnet dadurch, daß im Verteiler rohr (7) des Strömungsverteilers (3) in axialer Richtung ein- und ausführbare Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente (10), die an der Innenfläche des Verteilerrohres (7) im Abstand voneinander radialkraftschlüssig anliegen, angeordnet sind und mindestens eines der beiden stirnseitig im Verteilerrohr (7) befindlichen Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente (10) zusätzlich als Strömungsver teilerverschluß (14) angeordnet ist.

2. Strömungsverteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden stirnseitig im Verteilerrohr (7) befindlichen Strömungsverteilungs- und Umlenkungselemente (10) zusätzlich als Strömungsverteilerverschlüsse (14) angeordnet sind.

3. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente (10) auf einem Haltekörper (9) fest angeordnet sind.

4. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente (10) gemeinsam mit dem Haltekörper (9) ein mate rialseitig homogenes Strömungsverteilungs- und Umlenkungs formteil (15 und 16) bilden.

5. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente (10) miteinander verbunden sind.

6. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente (10) einzeln bzw. getrennt voneinander im Ver teilerrohr (7) angeordnet sind.

7. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente (10) aus elastischen Dichtwerkstoffen bestehen.

8. Strömungsverteiler nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsverteilungs- und Umlenkungs elemente (10) teilweise aus elastischen Dichtwerkstoffen bestehen.