DE69228551T2

DE69228551T2 - Wärmetauscher für warmwasserbereiter

Info

Publication number: DE69228551T2
Application number: DE69228551T
Authority: DE
Inventors: Mohammad Afshar
Original assignee: PAC FAB Inc
Current assignee: Pac-Fab Inc Stanford North Carolina Us
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2012-09-11
Also published as: CA2116777A1; AU2645392A; WO1993005347A1; DE69228551D1; CA2116777C; MX9205214A; AU660722B2; US5318007A; ES2131532T3; EP0603302A4; ATE177191T1; EP0603302B1; ZA926734B; EP0603302A1

Description

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Flüssigkeitsheizapparate und insbesondere Schwimmbad- und Heilbadheizapparate, die Wärme von Verbrennungsprodukten auf Wasser übertragen, während es durch einen Wärmetauscher umgewälzt wird.

Beschreibung des Stands der Technik:

Das Dokument US-A-3741169 offenbart einen Heizapparat, der ein Wärmetauscherverteilerstück aufweist, das zu einer Mehrzahl von Wärmetauscherröhren führt, wobei sich Verteilerstückeinlässe und -auslässe zu den Wärmetauscherröhren an einer erhöhten Stelle über den Einlässen und den Auslässen eines Rohrverbinders befinden, der mit dem Verteilerstück verbunden ist.
Ein ständiges Problem, das mit dem Betrieb üblicherweise bekannter Schwimmbad- und Heilbadheizapparate verbunden ist, besteht darin, daß nach dem Abstellen des Heizapparates auch die Umwälzung des Wassers durch den Heizapparat abgestellt wird und Wasser, das innerhalb der Einheit im Wärmetauscher zurückbleibt, durch die Restwärme, die in der Masse der Einheit gespeichert ist, weiterhin erwärmt wird. Die Menge dieser Restwärme reicht recht häufig dazu aus, zu veranlassen, daß die Temperatur des restlichen Wassers im Wärmetauscher bis in die Nähe des Siedepunkts steigt, bevor die Wärme in einem solchen Ausmaß abgeleitet werden kann, daß die Temperatur des Wassers zu sinken beginnt. Da das Restwasser im Heizapparat weit höhere Temperaturen erreichen kann als das umgewälzte erwärmte Wasser, wenn es zum Schwimmbad bzw. zum Heilbad zurückgeführt wird, sind die letzten paar Fuß der Rohrleitungen, die zum Rohrverbinder der Heizapparateinheit an üblicherweise bekannten Heizapparaten führen, und die Rohrverbinderkupplungen aus Kupfer bzw. einem arideren Hochtemperatur-Rohrleitungsmaterial hergestellt, das Wärmebeständigkeitskennzeichen bereitstellt, die dazu hinreichen, dem Problem zu begegnen. Das ist ein Nachteil, da die Verwendung von Kunststoffrohrleitungen und von Kunststoffkupplungen erhebliche Einsparungen bei den Herstellungskosten bieten würde. Außerdem erlegen die hohen Rohrverbindertemperaturen der Plazierung der Heizapparateinheit unerwünschte räumliche Beschränkungen auf.
Ein weiteres Problem, das mit solchen Heizapparaten verbunden ist, besteht darin, daß sie häufig erhöht über dem Niveau des Wasserkörpers im Schwimmbad bzw. im Heilbad liegen. Wenn in dem Wasserleitungsrohrsystem, das mit dem Heizapparat assoziiert ist, ein Leck auftritt, läuft das Wasser im Heizapparat automatisch ab und läßt den Heizapparat trocken. Wenn der Heizapparat angeheizt wird, während er trocken ist, wird ein "Trockenfeuer" auftreten, was ein Niederschmelzen des Wärmetauschers veranlassen kann, bevor irgendwelche der typischen Schutzmaßnahmen im Heizapparat ansprechen können. Eine verbreitete Praxis, die dazu eingesetzt worden ist, dieses Problem anzugehen, besteht in dem Einbau eines Wasserfängers durch eine Erweiterung des Wärmetauschers bzw. des Verteilerstücks, der verhindert, daß das Wasser unter solchen Bedingungen ganz abläuft. Wenn ein "Trockenfeuer" in einem Heizapparat mit einem solchen Fänger auftritt, wird sich die im Verteilerstück bzw. im Wärmetauscher gefangene Flüssigkeit schnell in Dampf umwandeln, dessen Anwesenheit die Schutzmaßnahmen des Heizapparates schneller aktivieren wird, um den Heizapparat abzustellen.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparat bereitzustellen, der ein besser konstruiertes Wärmetauscherverteilerstück aufweist, das die oben erwähnten Probleme löst und das die Verwendung direkter Kunststoff-Rohrleitungsverbindungen mit dem Rohrverbinder des Verteilerstücks ermöglicht.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparat mit einem Wärmetauscherverteilerstück bereitzustellen, das ein integral gebildetes Wehrmittel aufweist, was einen "Trockenfeuer"-Schutz für den Heizapparat bereitstellt.
Diese Aufgaben werden durch einen Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparat gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 4 gelöst.
Verwandte Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine Konsultation der folgenden Figuren und der ausführlichen Beschreibung deutlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparat der vorliegenden Erfindung zeigt, der mit einer üblichen Pumpe und einem üblichen Filter verbunden ist, und die die Rohrleitungsverbindungen von und zu einem Schwimmbad bzw. Heilbad zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die Innenmerkmale des Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparates aus Fig. 1 zeigt.
Fig. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die verschiedene Komponenten des Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparates aus Fig. 1 zeigt.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmetauscherverteilerstücks, von der rechten vorderen Seite aus gesehen.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmetauscherverteilerstücks aus Fig. 4, von der linken vorderen Seite aus gesehen.
Fig. 6 ist eine linksseitige Aufrißansicht des Wärmetauscherverteilerstücks aus Fig. 4.
Fig. 7 ist eine entlang den Linien 7--7 in Fig. 6 genommene Querschnittsansicht.
Fig. 8 ist eine obere Aufrißansicht des Wärmetauscherverteilerstücks aus Fig. 4.
Fig. 9 ist eine Fig. 8 ähnliche bruchstückartige obere Aufrißansicht, ist aber teilweise in einem Schnitt gezeigt, der entlang der Mittellinie der obersten Reihe der Wärmetauschereinlässe und -auslässe genommen ist, um Innenmerkmale zu zeigen.
Fig. 10 ist eine entlang den Linien 10--10 in Fig. 8 genommene Schnittansicht.
Fig. 11 ist eine entlang den Linien 11--11 in Fig. 8 genommene Schnittansicht.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Zum Zweck der Förderung eines Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen, und zur Beschreibung desselben wird eine spezielle Ausdrucksweise verwendet.
Es wird nun ausführlich auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen Fig. 1 den Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparat der vorliegenden Erfindung zeigt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist und der mit einer üblichen Pumpe 11 und einer üblichen Filtereinheit 12 verbunden ist. Der Heizapparat 10 ist an einer Rohrverbinderkupplung 13 mit einem Rohrleitungs-Leitungsrohr 15 verbunden, das zur Filtereinheit 12 führt. Wasser aus dem (nicht gezeigten) Schwimmbad bzw. Heilbad tritt von dem Rohrleitungs- Leitungsrohr 16 in die Pumpe 11 ein und wird nach der Filterung durch die Filtereinheit 12 durch das Leitungsrohr 15 in den Heizapparat 10 umgewälzt. Nachdem es durch den Heizapparat 10 erwärmt worden ist, tritt das erwärmte Wasser an der Rohrverbinderkuppplung 17 aus und kehrt durch das Rohrleitungs-Leitungsrohr 18 zum Schwimmbad bzw. zum Heilbad zurück. Die Pumpe 11, die Filtereinheit 12 und die soeben beschriebenen Rohrleitungsverbindungen sind üblicherweise wohlbekannt, und es versteht sich, daß die Beschreibung und die Anordnung dieser Komponenten lediglich der Darstellung dient. Es sollte jedoch beachtet werden, daß Polyvinylchlorid-(PVC)-Kunststoffrohrleitungen zwar heute verbreitet für die meisten der verschiedenen soeben beschriebenen Rohrleitungsverbindungen verwendet werden, für die letzten paar Fuß der Rohrleitung, die zur Rohrverbinderkupplung 16 führen, und die ersten paar Fuß der Rohrleitung, die von der Rohrverbinderkupplung 15 abgehen, auf die allgemein mit dem Pfeil 19 hingewiesen wird, aber aus bereits besprochenen Gründen in der Vergangenheit notwendigerweise Hochtemperaturrohrleitungen verwendet worden sind, wie zum Beispiel Kupferrohrleitungen. Bei der vorliegenden Erfindung können die Rohrleitungsabschnitte 19 aus PVC-Rohrleitungen oder anderen Kunststoffrohrleitungen hergestellt sein, die Wassertemperaturen, die sich dem Siedepunkt nähern, nicht widerstehen können.
Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, in denen der Heizapparat 10 allgemein folgendes umfaßt: einen Brenner 22 des Gastyps, der im unteren Abschnitt einer Verbrennungskammer 23 angebracht ist, einen Wärmetauscher 24, der eine Mehrzahl parallel angebrachter Röhren 27 umfaßt, die sich horizontal in der Verbrennungskammer 23 über dem Brenner 22 erstrecken, und ein Luft- Lüftungssystem, das eine Mehrzahl von Luftklappen 25 umfaßt, die in der oberen Wand, der vorderen Wand, der hinteren Wand und in den Seitenwänden des Gehäuses 26 gebildet sind, sowie Öffnungen in der Verbrennungskammer 23. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Serie von neun Wärmetauscherröhren auf. Je nach verschiedenen konstruktiven Gesichtspunkten, wie zum Beispiel der gewünschten Heizfähigkeit des Heizapparates, der Größe und der Länge der Röhren etc., kann die Anzahl der Röhren natürlich variiert werden. Die Wände der Verbrennungskammer 23 sind mit einem geeigneten Isolationsmaterial 30 umwickelt. Der Wärmetauscher 24 erstreckt sich zwischen einem Verteilerstück 28 und einem Rückkehrrohrverbinder 29 und steht damit in fluider Verbindung.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4-12 wird nun die Konstruktion des Verteilerstücks 28 ausführlich beschrieben. Am Wärmetauscherende 31 des Verteilerstücks 28 ist eine Mehrzahl von Wärmetauschereinlässen und -auslässen 32 vorgesehen, die identische Durchmesser aufweisen und die der Anzahl nach der gewünschten Anzahl von Wärmetauscherröhren 27 entsprechen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist zwar mit insgesamt neun Einlässen und Auslässen 32 gezeigt, jedoch könnte auch eine größere oder eine kleinere Anzahl verwendet werden. Um platzsparend einen wünschenswerten Luftstrom zwischen den Röhren 27 bereitzustellen, sind die Röhren, und dementsprechend auch die Einlässe und die Auslässe 32, in zwei axialen horizontal ausgerichteten Reihen angeordnet, wobei die Einlässe bzw. die Auslässe jeder Reihe relativ zueinander versetzt sind. Am anderen Ende des Verteilerstücks 28 befindet sich ein Rohrverbinder 33, der einen Rohrverbindereinlaß 36 und einen Rohrverbinderauslaß 37 definiert. Die Durchmesser des Rohrverbindereinlasses 36 und des Rohrverbinderauslasses 37 sind identisch abgemessen und ihre Mittelpunkte sind horizontal axial ausgerichtet. Stege 34 und 35 definieren Kanäle, die die drei am weitesten links gelegenen Einlässe/Auslässe 32 und die beiden am weitesten rechts gelegenen Einlässe/Auslässe 32 in Fig. 7 mit dem Rohrverbindereinlaß 36 bzw. mit dem Rohrverbinderauslaß 37 verbinden. Die vier mittleren Einlässe/Auslässe 32 in Fig. 7 stellen einen Zwischenrücklauf zum Rückkehrrohrverbinder 29 bereit. Wie in den Fig. 5 und 6 zu sehen ist, ist der Rohrverbinder 33 ferner mit einer Zugangsöffnung 38 versehen, über der eine (nicht gezeigte) Wärme- und Strömungsventileinheit angebracht ist.
Das Verteilerstück 28 ist bevorzugt so abgemessen und angeordnet, daß das durchschnittliche Niveau des Wassers, das im Wärmetauscher stehenbleibt, wenn der Heizapparat abgestellt wird, nicht weniger als etwa 7,6 cm (3 Inch), und wegen räumlicher Beschränkungen im Heizapparat 10 bevorzugt im Bereich von etwa 7,6 bis 9,1 cm (3 bis 4 Inch), über dem durchschnittlichen Wasserniveau am Rohrverbindereinlaß 36 und am Rohrverbinderauslaß 37 liegt. Diese Anordnung kehrt die Ausrichtung üblicherweise bekannter Verteilerstücke um, die den Rohrverbindereinlaß und -auslaß typischerweise über dem Niveau des Wärmetauschers positionieren. Dieses Ausmaß der Beabstandung stellt eine hinreichend hohe Wassersäule dazu bereit, daß sich während der Erwärmung des im Heizapparat stehengelassenen Wassers durch Restwärme, die thermisch in der Masse des Heizapparates gespeichert ist, ein Temperaturgefälle entlang der Höhe der Säule bildet, welches verhindert, daß Wasser in der Nähe des Rohrverbindereinlasses und -auslasses eine Temperatur erreicht, die der strukturellen Integrität üblicherweise verwendeter PVC-Rohrleitungen Schaden zufügen könnte. Da der hierin beschriebene Wärmetauscher 24 aus einer Serie gerader Röhren gebildet ist, wird das durchschnittliche Wasserniveau im Wärmetauscher identisch mit der durchschnittlichen Höhe der Mittelpunkte der Einlässe/Auslässe 32 sein, und das durchschnittliche Wasserniveau am Rohrverbindereinlaß und -auslaß wird identisch mit der Höhe ihrer Mittelpunkte sein.
Es wird nun insbesondere auf die Fig. 9-11 Bezug genommen, in denen das Verteilerstück 28 integral mit Wehren 40 und 41 versehen ist. Das Wehr 40 erstreckt sich im Fluidkanal 42, der zwischen den in Fig. 9 gezeigten beiden am weitesten links gelegenen Auslässen 32 sowie einem dritten nicht in Fig. 9 gezeigten Auslaß 32 (siehe Fig. 7) und dem Rohrverbindereinlaß 36 (siehe Fig. 5) eine Verbindung herstellt. Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt, ist das Wehr 40 etwas hinter den Auslässen 32 an einem Ort positioniert, an dem der Kanal 42 eine verengte Breite aufweist, wobei sich die Oberseite 43 des Wehrs 40 senkrecht bis auf eine Höhe erstreckt, die nur geringfügig niedriger ist als der Mittelpunkt der unteren Auslässe 32. Das Wehr 41 ist im Fluidkanal 45 positioniert, der sich, in der Sicht von Fig. 7, zwischen den beiden am weitesten rechts gelegenen Einlässen 32 (von denen in Fig. 9 nur einer gezeigt ist) und dem Rohrverbinderauslaß 37 erstreckt. Ähnlich wie beim Wehr 40 erstreckt sich die Oberseite 46 (Fig. 10) des Wehrs 41 senkrecht auf eine Höhe, die nur geringfügig niedriger ist als der Mittelpunkt des unteren der beiden Einlässe 32 im Kanal 45. Die Wehre 40 und 41 verhindern so, daß Wasser im Fall eines Lecks an irgendeiner anderen Stelle im System ganz aus den Wärmetauscherröhren 27 abläuft.

Claims

1. Schwimmbad- bzw. Heilbadheizapparat (10), der folgendes aufweist: einen Brenner (22), eine isolierte Brennkammer (23) über dem Brenner (22), einen Wärmetauscher (24) über der isolierten Brennkammer (23) zum Erleichtern der Wärmeübertragung zwischen erwärmter Luft in der isolierten Brennkammer (23) und einer Flüssigkeit, die im Wärmetauscher (24) enthalten ist, ein Mittel (25) zum Auslüften überschüssiger Wärme aus der isolierten Brennkammer (23) und ein Wärmetauscherverteilerstück (28), das an einem Ende eine Mehrzahl von Einlässen und Auslässen (32) umfaßt, die in fluider Verbindung mit der Flüssigkeit im Wärmetauscher (24) stehen, wobei das Wärmetauscherverteilerstück (28) ferner folgendes umfaßt: einen Rohrverbinder (33), der eine Einlaßöffnung (36) an einem ersten Ende und eine Auslaßöffnung (37) an einem zweiten Ende aufweist, und Einlaß- und Auslaß- Wasserleitungsrohre (15, 18), die Kupplungsmittel (17) zum Kuppeln der Wasserleitungsrohre (15, 18) mit dem Rohrverbinder (33) umfassen, und wobei sich die Einlaßöffnung (36) und die Auslaßöffnung (37) des Rohrverbinders (33) des Wärmetauscherverteilerstücks (28) auf einem Niveau befinden, das nicht höher ist als die Mehrzahl von Wärmetauscherverteilerstück-Einlässen und - Auslässen (32), dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherverteilerstück (28) integral ein Wehrmittel (40, 41) umfaßt, das mit der Mehrzahl von Wärmetauscherverteilerstück-Einlässen und -Auslässen (32) assoziiert ist, um eine Mindestmenge von Flüssigkeit in dem Wärmetauscher (24) und zwischen der Mehrzahl von Wärmetauscherverteilerstück-Einlässen und -Auslässen (32) und dem Wehrmittel (40, 41) zurückzuhalten.

2. Heizapparat nach Anspruch 1, bei dem die Wärmetauscherverteilerstück-Einlässe und -Auslässe (32) entlang oberen und unteren Reihen angeordnet sind, wobei das Wehrmittel (40, 41) eine Oberseite (43, 46) aufweist, die sich bis auf ein Niveau oberhalb des untersten Teils der genannten unteren Reihe von Wärmetauscherverteilerstück-Einlässen und -Auslässen (32) erstreckt.

3. Heizapparat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Wärmetauscherverteilerstück (28) so angeordnet ist, daß sich die Einlaßöffnung (36) und die Auslaßöffnung (37) des Rohrverbinders (33) jeweils auf einem Niveau befinden, das mindestens 7,6 cm (drei Inch) unterhalb eines mittleren Niveaus der Mehrzahl von Wärmetauscherverteilerstück- Einlässen und -Auslässen (32) liegt.

4. Heizapparat nach Anspruch 1, bei dem die Abschnitte der Wasserleitungsrohre (15, 18), die in Kontakt mit dem Rohrverbinder (33) stehen, aus Polyvinylchlorid-Kunststoff hergestellt sind.