DE69400757T2

DE69400757T2 - Platten-Wärmetauscher und Anlage mit einem Platten-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE69400757T2
Application number: DE1994600757
Authority: DE
Inventors: Ole Nielsen
Original assignee: TARM H S AS
Current assignee: TARM H S AS
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2014-01-21
Also published as: EP0608195B1; EP0608195A1; DE69400757D1; DK0608195T3; DK9300044U4

Description

Die Erfindung betrifft einen Platten-Wärmetauscher zur Übertragung von Wärmeenergie von einem Medium auf ein anderes Medium und ein Wärmetauschersystem, bei dem ein derartiger Platten-Wärmetauscher eingesetzt wird.
Heutzutage werden Platten-Wärmetauscher bereits in großem Umfang für die Übertragung von Wärmeenergie von einem ersten Medium auf ein zweites Medium bei der Beheizung von Wohneinheiten eingesetzt. Bei dem ersten Medium kann es sich um Fernheizungswasser handeln, und die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fernheizungsanlagen beschrieben. Für den Fachmann liegt jedoch auf der Hand, daß der neuartige Platten-Wärmetauscher für viele andere Zwecke eingesetzt werden kann, und daß das Medium nicht unbedingt Wasser sein muß.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Platten-Wärmetauschern besteht darin, eine Reihe von Platten miteinander zu verbinden, wobei die Platten entweder mit Packungen zwischen den Platten oder durch geeignete Verformung der Wärmetauscherplatten zusammengesetzt werden, so daß sie mittels dazwischenliegender Kupferschichten verlötet werden können. Beim Zusammensetzen werden die gewiinschten Strömungswege hergestellt, und die strömungswege, die nicht genutzt werden sollen, werden versperrt. Normalerweise wird eine Reihe von Wärmetauscherplatten in einer Gruppe, einem sogenannten "Takt" ("stroke"), zusammengebaut. Wenn die Platten so zusammengebaut werden, daß sie einen sogenannten Gleichstromwärmetauscher bilden, ist es möglich, identische Wärmetauscherplatten einzusetzen, was hinsichtlich der Produktion einen Vorteil darstellt. Wenn ein sogenannter Querstromwärmetauscher (diagonal flow heat exchanger) benötigt wird, sind wenigstens zwei verschiedene Arten von Platten in einer gelöteten Konstruktion erforderlich und es sind wenigstens zwei verschiedene Packungen in einer Pakkungskonstruktion erforderlich.
Damit Platten-Wärmetauscher geeignete Abmessungen aufweisen, werden sie gewöhnlich in sogenannten Zweitakt-Wärmetauschern (two-stroke heat exchangers) zusammengebaut, bei denen die Strömungsrichtungen in den beiden Takten einander entgegengesetzt sind. Bei Platten-Wärmetauschern des obengenannten Typs werden die Rohrstümpfe vom gleichen Medium stets einander entgegengesetzt angeordnet.
Wenn Platten-Wärmetauscher beispielsweise für die Fernheizung einer Wohneinheit eingesetzt werden&sub1; sei es für die Erwärmung von Wasser zum Gebrauch und/oder Heizung, wird die strömung durch den Wärmetauscher mit einem schnell ansprechenden thermostatischen Ventil oder einem langsam ansprechenden thermostatischen Ventil mit einer Membraneinheit gesteuert. Wenn es um Wasser zum Gebrauch geht, ist es wichtig, die Strömung in dem Fernheizungsmedium sofort zu unterbrechen, wenn keine Erwärmung mehr erforderlich ist. Ein derartiges Ventil mit einer Membraneinheit ist kostenaufwendig und kompliziert, es ist jedoch erforderlich, da ein thermostatisches Ventil allein nicht zu einer sofortigen Unterbrechung der Strömung führt, da der Wärmefühler des Ventils die Temperatur des Wassers zum Gebrauch mißt. Die Wasserströmung muß jedoch sofort unterbrochen werden, da ansonsten das Fernheizungswasser zirkulieren und so in den Wärmetauscher eintreten kann, wo es sich abkühlt, während das Wasser zum Gebrauch aufgeheizt wird. Dadurch kommt es zu Kalkablagerungen in dem Wärmetauscher, der letztendlich verstopft wird. Eine zwangsläufige Folge dieses Vorgangs ist Verschwendung von Wärme.
US-A-3,106,243 beschreibt einen Platten-Wärmetauscher, der so aufgebaut ist, daß es möglich ist, die strömung aus einer erhöhten Anzahl von zur Verfügung stehenden Eckleitungen (corner ducts) zu wählen und zu leiten. Das Dokument lehrt nicht, wie die strömung des erwärmenden Mediums als Funktion der Temperatur des erwärmten Mediums sofort eingestellt werden kann. Dadurch besteht die Gefahr, daß das betreffende Medium unzureichend oder zu stark erwärmt wird. Letzteres würde eine Verschwendung von Wärme bedeuten.
Indem der Platten-Wärmetauscher wie in den Ansprüchen offenbart konstruiert wird, wird es mit einem einzelnen Wärmefühler, der beispielsweise ein gewöhnliches thermostatisches Ventil steuert, möglich, den Wasserstrom sofort zu unterbrechen, ohne daß eine kostenaufwendige und komplizierte Membraneinheit für das Ventil eingesetzt wird. Die Kosten für die Installation des Wärmetauschers in dem Wärmetauschersystem werden hiermit verringert, und darüber hinaus wird es technisch vereinfacht. Wenn der Platten-Wärmetauscher wie in den Ansprüchen offenbart angeordnet ist, wird es möglich, die Rohrstümpfe des einen Mediums den Rohrstümpfen des anderen Mediums gegenüber auszurichten. So ist es möglich, einen einzelnen Wärmefühler anzubringen, der sowohl die Temperatur des Mediums 2, das aus dem Wärmetauscher austritt, beispielsweise die Temperatur des Warmwassers für den Gebrauch, als auch die Temperatur des Mediums 1, das aus dem Wärmetauscher austritt, beispielsweise die Auslaßtemperatur des Fernheizungswassers, erfassen kann. Sobald eine dieser Temperaturen hoch genug ist, unterbricht das thermostatische Ventil den Einlaß von Fernheizungswasser vollständig. Wenn beispielsweise der Verbrauch von warmem Wasser sofort unterbrochen wird, wenn der Verbrauch beendet ist und der Warmwasserhahn abgedreht wird, ist die Wärmeübertragung in dem Platten-Wärmetauscher nicht mehr erforderlich, und das Fernheizungswasser läuft so mit voller Temperatur durch den Wärmetauscher, und der Temperaturfühler erfaßt dies sofort und unterbricht jeden weiteren Strom von Fernheizungswasser.
Zusätzlich dazu offenbaren die Ansprüche weitere vorteilhafte Ausführungen des Platten-Wärmetauschers und eines Wärmetauschersystems mit einem derartigen Platten-Wärmetauscher.

Die Zeichnungen

Eine beispielhafte Ausführung eines Platten-Wärmetauschers gemäß der Erfindung wird im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Grunddarstellung des Platten-Wärmetauschers gemäß der Erfindung ist, wobei die Strömungen angedeutet sind, und
Fig. 2 skizzenhaft den Platten-Wärmetauscher in Fig. 1 im zusammengebauten Zustand, teilweise durchsichtig und in der Richtung II-II in Fig. 1, zeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt eine Reihe von Wärmetauscherplatten, d.h. neun, die mit 1-9 gekennzeichnet sind, in zwei Gruppen A und B angeordnet und mittels einer Mittelplatte C zusammengesetzt sind, die mit 5 gekennzeichnet ist.
Die Wärmetauscherplatten in Gruppe A sind miteinander verbunden und bilden einen Wärmetauscher mit Querstrom (diagonal flow), während die Platten in Gruppe B so miteinander verbunden sind, daß sie einen Wärmetauscher mit Gleichstrom bilden.
Fig. 1 ist eine Grunddarstellung, deren Zweck darin besteht, die Strömung durch den Platten-Wärmetauscher zu erläutern, und für einen Fachmann liegt auf der Hand, daß die Platten so zusammengesetzt sein können, daß sie einen kompakten Wärmetauscher bilden, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, indem auf bekannte Weise entweder Kupferverbindungen oder Packungen eingesetzt werden.
Der Strömungsweg in dem Wärmetauscher in Fig. 1 verläuft zwischen den Platten 1-9, die auf bekannte Weise mit Rippen versehen sein können, um die Strömung zu steuern. Die Verbindung der einzelnen Wärmetauscherplatten wird über die Löcher 10 ausgeführt, wobei auf bekannte Weise Begrenzungen mit Packungen oder gelöteten Verbindungsstellen vorgenommen wurden. Die gestrichelte Linie 16 zeigt den Strom des Fernheizungswassers, wenn das Fernheizungswasser von der Fernheizungsversorgung am Rohrstumpf F eingelassen wird, den Wärmetauscher über den Strömungsweg 16 durchläuft und über den Auslaßrohrstumpf R aus dem Wärmetauscher austritt, wobei ein gewöhnliches thermostatisches Ventil 15 in dem Auslaßrohr angeordnet ist. Die Funktion des Ventils wird weiter unten erläutert. Bei dem Ventil kann es sich beispielsweise um ein thermostatisches Ventil der Firma Danfoss, Typ AVTB (vergleiche Danfoss-Datenblatt VD.52.B9.01), oder ein entsprechendes Ventil handeln. Bei dem vorliegenden Beispiel stellt also das Fernheizungswasser das erste Medium dar.
Wenn der Wärmetauscher dazu dient, Wasser zum Gebrauch zu erwärmen, wird die Strömung des Wassers zum Gebrauch, die mit einer mit 17 gekennzeichneten durchgezogenen Linie dargestellt ist, eingesetzt. Das kalte Wasser wird über den Rohrstumpf K eingeleitet, folgt dem Strömungsweg 17 und tritt über den Rohrstumpf V als warmes Wasser zum Gebrauch aus dem Wärmetauscher aus.
In der Mittelplatte C befindet sich ein Loch 11, an dem ein Eintauchrohr 12 befestigt ist, das an der Unterseite verschlossen ist. Das Eintauchrohr 12 weist geringere Abmessungen als die Löcher 10 auf und kann so in einer Gruppe A durch die Löcher 10 hindurchtreten, wenn die Wärmetauscherplatten zusammengesetzt werden, wie dies in Fig. 2 zu sehen ist.
Ein Fühler 13 mit einer Kapillarröhre 14, das mit dem Ventil 15 in Fig. 1 verbunden ist, wird über den Rohrstumpf V eingeführt, so daß sich der Fühler 13 über die Öffnung 11 in das Eintauchrohr 12 hinein erstreckt, wie dies dargestellt ist. Das Eintauchrohr 12 wird durch das Rücklaufwasser in dem ersten Medium, d.h. das Fernheizungswasser, gespült.
Der Fühler 13 kann so gleichzeitig die Temperatur in dem Strom durch die Rohrstümpfe V und R in Fig. 2 erfassen. Bei dem Fühler 13 handelt es sich beispielsweise um einen Fühler gemäß dem Danfoss-Datenblatt VD.52.B9.01 mit einem Meßbereich von 20-60ºC oder ein entsprechendes Fühlerelement.
Des weiteren kann die Reaktionsgeschwindigkeit des Fühlers in bestimmtem Umfang eingestellt werden, wenn der Sensor in dem Wärmetauscher angeordnet wird, wobei dies die Einführtiefe des Fühlers in das Eintauchrohr und die Ausziehlänge des Eintauchrohrs einschließt.
Die Analog des Fühlers ist möglich, da der Wärmetauscher wenigstens eine Gruppe A mit Querstrom und wenigstens eine Gruppe B mit Gleichstrom so umfaßt, daß die Rohrstümpfe R und V für das erste Medium einander gegenüberliegend angeordnet werden können, so daß der Sensor 13 wie dargestellt angeordnet werden kann.

Claims

1. Platten-Wärmetauscher, zur Übertragung von Wärmeenergie von einem Medium (16), beispielsweise ferngeheiztes Wasser, auf ein anderes Medium (17), beispielsweise Wasser zum Verbrauch oder zum Wärmen, und der eine Anzahl von Wärmeaustauscherplatten (1-9) umfaßt, die miteinander gekoppelt sind, um einen Wärmetauscher zu bilden, wobei

a) mindestens eine Gruppe (A) von Wärmetauscherpiatten (1.4) für eine diagonale Strömung angeordnet ist,

b) mindestens eine Gruppe (B) von Wärmetauscherplatten (6-9) für eine parallele Strömung angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

c) mindestens eine zusätzliche Wärmetauscherplatte (C, 5) zwischen den obengenannten Gruppen angeordnet ist und ein Eintauchrohr (12) umfaßt, das angeordnet ist, daß es durch die Wärmetauscherplatten in einer der obigen zwei Gruppen hindurchgeht, wobei das Eintauchrohr angeordnet ist, daß es einen gemeinsamen Temperaturfühler (13) enthält, und

d) wobei der einzelne für beide Medien (16, 17) gemeinsame Wärmefühler (13) derart positioniert ist, daß er die Temperatur beider Medien bestimmen kann, so daß, sobald eine dieser Temperaturen ausreichend hoch ist, ein thermostatisches Ventil (15) den Einlaß des einen Mediums (16) anhält.

2. Ein Platten-Wärmetauscher, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wärmetauscherplatten (1-9) eine Öffnung (10, 11) haben, wobei die Öffnungen in Reihe ausgerichtet sind und in sie das Eintauchrohr (12) der zusätzlichen Wärmetauscherplatte (C) eingeführt werden kann, wobei die Öffnungen einen Raum für den Fühler (13) vorsehen, damit er derart positioniert wird, daß er die Temperatur beider Medien (16, 17) gleichzeitig erfassen kann.

3. Ein Platten-Wärmetauscher, gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (10, 11) und das Eintauchrohr (12) für den Fühler (13) die Auslaßöffnungen (R, V) für jedes der zwei Medien (16, 17) umfassen.

4. Ein Wärmetauschersystem mit einem Platten-Wärmetauscher, gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Ventil (15) in Verbindung mit einer der Auslaßöffnungen (R, V) für eines der Medien (16, 17) vorgesehen ist.

5. Ein Wärmetauschersystem gemäß Anspruch 4 und wo das System ein Wärmetauschersystem zum Erwärmen von heißem Wasser zum Verbrauch oder zum Heizen mit ferngeheiztem Wasser ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) in dem Rohr für das feengeheizte Rücklaufwasser (R) von dem Wärmetauscher zu dem Fernheizungssystem angeordnet ist, und wo der Fühler (13) in dem Eintauchrohr des Wärmetauschers und in den ausgerichteten Öffnungen (10, 11) angeordnet ist, so daß der Sensor die Temperatur des Rücklaufwassers (R) und die Temperatur des heißen Wassers zum Gebrauch oder Heizen (V) erfassen kann.