DE69300038T2 - Heat exchanger. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Rohren, die von einer Primärflüssigkeit durchflossen werden, die zum Wiederaufheizen einer Sekundärflüssigkeit wie Schwimmbeckenwasser oder Meereswasser dient.The present invention relates to a heat exchanger with tubes through which a primary fluid flows, which serves to reheat a secondary fluid such as swimming pool water or sea water.
Wärmetauscher sind bereits bekannt, und es wird Bezug genommen beispielsweise auf die Dokumente FR-A-2 441 819, FR-A-2 482 717, DE-A-3 038 344 und US-A-4 739 634. Die in diesen Dokumenten beschriebenen Tauscher bestehen aus einem zylinderförmigen Körper, der eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für die Sekundärflüssigkeit aufweist. Im Inneren des Körpers ist ein schraubenförmiges Schlangenrohr angeordnet, das von einer Primärflüssigkeit durchströmt wird, die dazu bestimmt ist, ihre Wärmeenergie an die in dem Körper fließende Sekundärflüssigkeit abzugeben.Heat exchangers are already known and reference is made, for example, to documents FR-A-2 441 819, FR-A-2 482 717, DE-A-3 038 344 and US-A-4 739 634. The exchangers described in these documents consist of a cylindrical body having an inlet opening and an outlet opening for the secondary fluid. Inside the body there is arranged a helical coil tube through which flows a primary fluid intended to transfer its thermal energy to the secondary fluid flowing in the body.
Um den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zu verbessern, läßt man im allgemeinen die Sekundärflüssigkeit in einem möglichst engen Kontakt mit dem Schlangenrohr zirkulieren. Zu diesem Zweck liegt dieses in dem ringförmigen Zwischenraum, der zwischen der Innenwand des Körpers und der Außenwand einer ringförmigen Hülse gebildet ist. Die Sekundärflüssigkeit fließt dann entlang einer Schraubenlinie zwischen jeweils zwei Windungen des Schlangenrohres.In order to improve the efficiency of heat transfer, the secondary fluid is generally allowed to circulate in as close contact as possible with the coil tube. For this purpose, the coil tube is located in the annular space formed between the inner wall of the body and the outer wall of an annular sleeve. The secondary fluid then flows along a helical line between each two turns of the coil tube.
Dabei entstehen allerdings Korrosionsprobleme. In den meisten Anwendungsfällen werden diese, wie in den Patentschriften DE-A-3 038 344 und US-A-4 739 634 beschrieben ist, durch die Anwendung von Abstandshaltern zwischen dem äußeren Körper und der Hülse gelöst.However, this creates corrosion problems. In most applications, these are solved by using spacers between the outer body and the sleeve, as described in patents DE-A-3 038 344 and US-A-4 739 634.
Nichtsdestoweriiger sind diese Maßnahmen insbesondere für die spezielle Anwendung, für die die Tauscher gemäß der Erfindung vorgesehen sind, nämlich das Wiederaufheizen vom Schwimmbeckenwasser und Meereswasser, nicht ausreichend. In der Praxis enthält das Schwimmbeckenwasser eine oxydierende Substanz, wie z.B. Chlor, und ist demzufolge korrosiv.Nevertheless, these measures are not sufficient, especially for the specific application for which the exchangers according to the invention are intended, namely the reheating of swimming pool water and sea water. In practice, the swimming pool water contains an oxidizing substance, such as chlorine, and is therefore corrosive.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Wärmetauscher zu schaffen, der insbesondere für das Wiederaufheizen einer korrosiven Sekundärflüssigkeit wie Schimmbeckenwasser oder Meereswasser bestimmt ist.The object of the invention is therefore to create a heat exchanger which is particularly intended for reheating a corrosive secondary liquid such as swimming pool water or sea water.
Es wurde herausgefunden, daß man zufriedenstellende Ergebnisse erlangt, indem der äußere Körper aus einem Material auf der Basis eines Plastikmaterials und das Rohr des Schlangenrohres aus Titan besteht und vorzugsweise das Schlangenrohr mit Abstandshaltern zwischen der Außenwand der Hülse und der Innenwand des Körpers versehen wird.It has been found that satisfactory results can be obtained by making the outer body of a plastics-based material and the coil tube of titanium, and preferably by providing the coil tube with spacers between the outer wall of the sleeve and the inner wall of the body.
Ein Wärmetauscher gemäß der Erfindung ist in einem Längsschnitt in Fig. 1 dargestellt.A heat exchanger according to the invention is shown in a longitudinal section in Fig. 1.
Er enthält somit einen äußeren Körper 1 mit im wesentlichen zylinderförmiger und abgeschlossener Form, und zwar mit einem wasserdichten Abschluß am oberen Ende durch einen Deckel 2 und am unteren Ende durch einen Sockel 3. Der Sockel 3 ist mit Mitteln versehen, wie z.B. Bohrungen 4, für die Aufnahme einer Schraube 5, die die Befestigung des Tauschers auf der Grundfläche ermöglicht.It thus comprises an outer body 1 with a substantially cylindrical and closed shape, with a watertight closure at the upper end by a cover 2 and at the lower end by a base 3. The base 3 is provided with means, such as holes 4, for receiving a screw 5 which enables the exchanger to be attached to the base.
Am unteren Ende ist in der zylinderförmigen Wand des Körpers 1 eine Buchse 6 vorgesehen, die die Eintrittsöffnung für die Sekundärflüssigkeit bildet und über die das aufzuheizende Wasser wie z.B. das Wasser von einem Schwimmbecken eingeführt wird. Am oberen Ende ist bei demselben Winkel wie die Buchse 6 eine Buchse 7 vorgesehen, die die Austrittsöffnung bildet, über die das in dem Wärmetauscher aufgeheizte Wasser in das Schwimmbecken zurückfließt.At the lower end, in the cylindrical wall of the body 1, a bushing 6 is provided, which forms the inlet opening for the secondary fluid and through which the water to be heated, such as the water from a swimming pool, is introduced. At the upper end, at the same angle as the bushing 6, a bushing 7 is provided, which forms the outlet opening through which the water heated in the heat exchanger flows back into the swimming pool.
Der innere Durchmesser der Buchsen 6 und 7 ist derart bemessen, daß der Wärmetauscher an einen Kreislauf angeschlossen werden kann, in dem die Sekundärflüssigkeit ohne nennenswerte Verluste in relativ großen Beträgen fließen kann, d.h. zwischen 5 und 20 m3/Stunde unter Verwendung einer Pumpe. Diese Durchmesser liegen z.B. in der Größenordnung von 40 mm.The internal diameter of the bushings 6 and 7 is such that the heat exchanger can be connected to a circuit in which the secondary fluid can flow in relatively large quantities without significant losses, i.e. between 5 and 20 m3/hour using a pump. These diameters are, for example, of the order of 40 mm.
Die Tatsache, daß man den Wärmetauscher mit relativ hohen Beträgen betreiben kann, macht es möglich, die Bildung von Ansammlungen von Schwimmbeckenwasser und seiner Filterwirkung zu vermeiden.The fact that the heat exchanger can be operated at relatively high amounts makes it possible to avoid the formation of pool water accumulations and its filtering effect.
Im Inneren des Körpers 1 ist koaxial ein Hülse 8 angeordnet, die aus einer zylinderförmigen Röhre besteht, die mit einer inneren radialen Trennwand 9 versehen ist.Inside the body 1, a sleeve 8 is arranged coaxially, which consists of a cylindrical tube provided with an inner radial partition 9.
In dem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Innenwand des Körpers 1 und der Außenwand der Hülse 8 ist ein Schlangenrohr 10 angeordnet, das aus einer schraubenlinienförmigen Röhre besteht. An seinen oberen Ende endet das Schlangenrohr 10 in einem Kniestück 11, das sich wasserdicht durch den Deckel 2 erstreckt und einen Eingang 12 bildet, über den die Primärflüssigkeit zugeführt wird. Am anderen Ende bildet das Schlangenrohr 10 ein Kniestück 13. Dieses ist durch ein geradliniges Teil 14 verlängert, das sich ebenso wasserdicht durch den Deckel 2 erstreckt und in der Nähe des Eingangs 12 in einem Ausgang 15 endet, über den die Primärflüssigkeit nach der Abgabe ihrer Wärmeenergie austritt. Der geradlinige Teil 14 durchdringt ebenso die innere Trennwand 9 der Hülse 8.In the annular space between the inner wall of the body 1 and the outer wall of the sleeve 8, a coiled tube 10 is arranged, which consists of a helical tube. At its upper end, the coiled tube 10 ends in an elbow 11, which extends watertight through the cover 2 and forms an inlet 12 through which the primary liquid is supplied. At the other end, the coiled tube 10 forms an elbow 13. This is extended by a straight part 14, which also extends watertight through the cover 2 and ends near the inlet 12 in an outlet 15, through which the primary liquid exits after releasing its thermal energy. The straight part 14 also penetrates the inner partition 9 of the sleeve 8.
Die Hülse 8 ist über geeignete (nicht dargestellte) Mittel auf dem Schlangenrohr 10 befestigt.The sleeve 8 is attached to the coil tube 10 by suitable means (not shown).
Am unteren Ende des Körpers 1 ist ein Temperaturfühler 16 montiert, dessen Ausgangssignal für die Steuerung des Umlaufes der Primärflüssigkeiten und der Sekundärflüssigkeiten in dem Wärmeaustauscher verwendet werden kann.At the lower end of the body 1, a temperature sensor 16 is mounted, the output signal of which can be used to control the circulation of the primary fluids and the secondary fluids in the heat exchanger.
Gemäß der Erfindung sind der Körper 1 und die Hülse 8 aus einem Material auf der Basis eines verstärkten oder nicht verstärkten Plastikmaterials hergestellt, wie z.B. PVC, oder vorteilhaft aus einem mit Glasfasern verstärkten Polyester. Das Schlangenrohr 10 besteht aus Titan.According to the invention, the body 1 and the sleeve 8 are made of a material based on a reinforced or non-reinforced plastic material, such as PVC, or advantageously of a polyester reinforced with glass fibers. The coil tube 10 is made of titanium.
Vorgesehen sind einerseits zwischen der Innenwand des Körpers 1 und dem Schlangenrohr 10 Abstandshalter 17a, die die Form eines vertikalen Bandes mit einer relativ zu dem Durchmesser des Körpers 1 geringen Breite haben. Dieses Band enthält Aufnahmen für jede der Windungen des Schlangenrohres 10. Andererseits sind zwischen der Außenwand der Hülse 8 und dem Schlangenrohr 10 Abstandshalter 17b vorgesehen, die die Form eines Bandes ebenfalls mit einer relativ zu dem Durchmesser der Hülse 8 geringen Breite haben. Die Abstandshalter 17a und 17b halten das Schlangenrohr 10 in einem Abstand in der Größenordnung von 2 mm von dem Körper 1 und der Hülse 8.On the one hand, spacers 17a are provided between the inner wall of the body 1 and the coil tube 10, which have the shape of a vertical band with a diameter relative to the body 1. This band contains seats for each of the turns of the coiled tube 10. On the other hand, between the outer wall of the sleeve 8 and the coiled tube 10, spacers 17b are provided which have the shape of a band also with a width which is small relative to the diameter of the sleeve 8. The spacers 17a and 17b keep the coiled tube 10 at a distance of the order of 2 mm from the body 1 and the sleeve 8.
Die Abstandshalter 17a und 17b erfüllen mehrere Aufgaben. Sie dienen zur Erleichterung der Montage des Schlangenrohres 10, das dann, wenn die Abstandshalter 17a an ihrer Stelle eingebracht sind, die Form eines einzigen starren Teiles hat. Sie dienen ebenfalls dazu, Relativbewegungen zwischen dem Körper 1 und der Hülse 8 einerseits und dem Schlangenrohr 10 andererseits zu verhindern. Derartige Bewegungen werden durch Vibrationen der Pumpen und der übrigen Zubehörteile des Wärmetauschers erzeugt und können Reibungen erzeugen, die die einzelnen Bauteile des Wärmetauschers beschädigen.The spacers 17a and 17b perform several functions. They serve to facilitate the assembly of the coil 10 which, once the spacers 17a are in place, takes the form of a single rigid part. They also serve to prevent relative movements between the body 1 and the sleeve 8 on the one hand and the coil 10 on the other. Such movements are generated by vibrations of the pumps and the other accessories of the heat exchanger and can generate friction which damages the individual components of the heat exchanger.
Sie lösen ebenso Korrosionsprobleme und dieses in zweifacher Hinsicht. Einerseits bilden die Abstandshalter 17a und 17b Bereiche zwischen der Hülse 8 und dem Schlangenrohr 10 sowie zwischen dem Körper 1 und dem Schlangenrohr 10, die im Hinblick auf die Korrosion inaktiv sind. Andererseits bilden sie Zwischenräume für das Fließen der Sekundärflüssigkeit um das Schlangenrohr 10 herum und verbessern dadurch die Strömung der Flüssigkeit und ermöglichen dadurch eine Zirkulation mit erhöhten Beträgen.They also solve corrosion problems and this in two ways. On the one hand, the spacers 17a and 17b form areas between the sleeve 8 and the coil tube 10 and between the body 1 and the coil tube 10 which are inactive with regard to corrosion. On the other hand, they form spaces for the flow of the secondary fluid around the coil tube 10 and thereby improve the flow of the fluid and thereby enable circulation with increased amounts.
Es sei noch bemerkt, daß die Tatsache, daß die Abstandshalter 17a Aufnahmen für jede der Windungen des Schlangenrohres 10 bilden, Zwischenräume mit dem Wickeldurchmesser jeder Windung freiläßt. Diese Zwischenräume werden ausgeglichen durch die Differenzen in der Dicke, die im Augenblick der Montage des Wärmetauschers die Abstandshalter 17a zwischen ihrer äußeren Fläche und ihrer Aufnahme ermöglichen.It should also be noted that the fact that the spacers 17a form housings for each of the turns of the coiled tube 10 leaves gaps equal to the winding diameter of each turn. These gaps are compensated for by the differences in thickness that the spacers 17a allow between their external surface and their housing at the time of assembly of the heat exchanger.
Das aufzuheizende Wasser tritt in den Körper 1 (Pfeile A) ein und fließt einerseits schraubenlinienförmig zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen des Schlangenrohres 10 und andererseits zwischen dem Schlangenrohr 10 und dem Körper 1 oder der Hülse 8. Demgegenüber fließt die Primärflüssigkeit in dem Schlangenrohr 10, indem sie (Pfeile B) von oben nach unten fließt, d.h. in Gegenrichtung zu dem Fluß der Sekundärflüssigkeit.The water to be heated enters the body 1 (arrows A) and flows helically between two successive turns of the coil tube 10 and on the other hand between the coil tube 10 and the body 1 or the sleeve 8. In contrast, the primary liquid flows in the coil tube 10 by flowing (arrows B) from top to bottom, ie in the opposite direction to the flow of the secondary liquid.
Die Primärflüssigkeit ist z.B. eine Kühlsubstanz von einer (nicht dargestellten) Wärmepumpe, kann jedoch auch Wasserdampf oder Heizwasser sein.The primary fluid is, for example, a cooling substance from a heat pump (not shown), but can also be water vapor or heating water.
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