EP0057850B1

EP0057850B1 - Wärmetauscher für Flüssigkeiten

Info

Publication number: EP0057850B1
Application number: EP82100540A
Authority: EP
Inventors: Bernd Sonje
Original assignee: Vaillant Austria GmbH; Cofrabel Nv; Joh Vaillant GmbH and Co; Vaillant GmbH; Vaillant SARL; Vaillant Ltd; SCHONEWELLE BV
Current assignee: Vaillant BV
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1985-03-13
Also published as: EP0057850A3; ATE12140T1; EP0057850A2; DE3262508D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Solche Wärmetauscher werden recht vielfältig verwendet, beispielsweise in Umlaufwasserheizern zur Aufheizung von Gebrauchswasser im Durchlaufverfahren, bei Sonnenkollektoranlagen zum Aufheizen von Brauch- oder Speicherwasser durch das Fluid des Sonnenkollektors oder bei Wärmepumpen zum Beheizen des Umlaufwassers einer Heizungsanlage vom flüssigen Kältemittel.
Ausgeführte Beispiele solcher Wärmetauscher bestehen häufig aus Kupfergehäusen, in deren Inneres eine Rohrschlange aus Kupfer eingebraucht ist, die das eine Fluid führt, während in dem Raum zwischen Kupfergehäuse und äußerem Mantel der Rohrschlange das zweite Fluid geführt ist. Kupfer als Material für das Gehäuse kommt aber für viele aggressive Medien nicht in Frage.
Aus der US-PS 3 880 226 ist ein Wärmetauscher im Rahmen eines Wasserqualitäts-Untersuchungssystems für ein dampfbetriebenes Elektrizitätserzeugungskraftwerk bekanntgeworden, der den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs entspricht. Hierbei ist im Rahmen eines Gehäuses eine Vielzahl von Rohren vorgesehen, die unabhängig voneinander Wasser oder erhitztes Wasser auf unterschiedlichen Temperaturen führen, wobei diese Rohre jeweils umgeben sind von Wasser, das in einer Vielzahl von Kanälen geführt ist, die von der Innenseite des Gehäuses einerseits und von den das andere Fluid führenden Rohren andererseits gebildet sind. Bei diesem Stand der Technik ist es vorgesehen, den Durchsatz der in den einzelnen Rohren geführten Fluide so einzustellen, daß sie alle auf die gleiche Austrittstemperatur vom Wasser heruntergekühlt werden. Eine Angleichung der Querschnitte zur Erzielung gleicher Wärmeübergangsströme in den einzelnen Pfaden des Wärmetauschers ist somit nicht vorgesehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in der Leistung variierbaren Wärmeaustauscher zwischen zwei Fluidmedien zu schaffen, der einfachen Aufbau und Montage aufweist und einen guten Wärmeübergang zwischen den Medien gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen

Figur eins eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers entlang einer Schnittlinie 1-1, die in der Figur zwei angegeben ist,
Figur zwei eine Ansicht von oben auf den Deckel des Wärmetauschers von Figur eins und
Figur drei ein Detail der Rohrdichtung aus Figur eins und Figur vier einen Querschnitt durch die Ebene der Figur 1.

In allen vier Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Der Wärmetauscher gemäß Figur eines besteht im wesentlichen aus einem Kanalblock 1, der im wesentlichen Quaderform besitzt und aus Kunststoff in einem Teil gespritzt ist. Er weist in einer Ebene im Querschnitt ringförmige, gleich große Kanäle 2 auf. Die Kanäle 2 reichen von der einen Stirnseite 3 bis zur anderen Stirnseite 4. Der Kanalblock ist symmetrisch zu seinen Mittelachsen ausgebildet.
Die Innenwand 5 jedes Kanals ist mit 3 Stegen 6 versehen, die um 120 Grad gegeneinander versetzt sind und sich von der einen Stirnseite bis zu anderen in der Längserstreckung des Kanalblocks ausrichten. Die Kanäle haben Kreisquerschnitt.
Die auf beiden Stirnseite 3 und 4 des Kanalblocks 1 aufgesetzten Deckelteile 7 und 8 sind identisch ausgebildet und stellen Kunststoffspritzteile dar. Sie weisen zwei nebeneinanderliegende Ab- und Zulaufkanäle 9 und 10 auf, die mit Abstufungen 11 versehen sind. Diese Abstufungen sind so gestaltet, daß sich der Querschnitt des Kanals 10 nach jedem Abzweig zu einem der Kanäle 2 verkleinert. Der Einläß in den Kanal 10 ist durch einen Stutzen 12 gebildet, durch den das aufheizende Fluid einströmt. Der benachbarte Kanal 9 dient zur Abführung des aufgeheizten Fluids.
Aus der Schnittdarstellung des mittleren Kanals 2 in Figur eins ist zu ersehen, daß von dem Zulaufkanal 10 ein Stichkanal 13 abzweigt, der stromauf der folgenden Abstufung 11 liegt. In diesen Stichkanal ist, vergleiche vergrößerte Detaildarstellung gemäß Figur drei, ein Anschlußstutzen 14 eines zu einer Wendel aufgerollten Kupferrohres 15 eingeschoben. Das andere Ende des Wendelrohres trägt gleichermaßen einen Anschlußstutzen 14, der in einen entsprechenden Stichkanal 13 im anderen Deckel einmündet. Beide Deckel 7 und 8 sind identisch ausgebildet. Das Ende des Stichkanals 13 im Deckel 8, vergleiche Darstellung gemäß Figur drei, ist mit drei Stufen 16 bis 18 versehen, die sich im Durchmesser des zylindrischen Stichkanals 13 erweitern. Die Stufe 16 dient als Anschlag für den Stutzen 14. Zwischen den Stufen 17 und 18 sind 2 O-Ringe 19 unter Zwischenschaltung eines im Außendurchmesser kleineren und im Innendurchmesser größeren Distanzringes 20 eingeschoben. Somit herrscht Spiel am Außen- und Innendurchmesser des Distanzringes einerseits zur Innenwandung des Stichkanals 13 zwischen den Stufen 17 und 18 und andererseits an der Außenwandung des Anschlußstutzens 14. Die Kombination der drei Ringe 19 und 20 ist durch einen Sperring 21 gesichert, der an die Stufe 18 anschlägt. Der Sperring ist in seinem Innendurchmesser 22 konisch gehalten, damit der Stutzen 14 leicht eingeführt werden kann. Zwischen den Stufen 17 und 18 führt eine Bohrung 29 nach außen.
Der Kanal 9 ist somit mit den drei in den Kanälen 2 angeordneten Rohren 15 verbunden, die Rohre sind hydraulisch parallel geschaltet. Der Kanal 10 ist über jeweils senkrecht verlaufende Abknickkanäle 23 mit den Innenräumen der Rohre 2 verbunden. Diese Innenräume, die praktisch begrenzt werden von der Innenwand der Kanäle 2 und den Außenmänteln der Rohre 15, liegen ebenfalls alle parallel. Der Kanal 9 mündet in einen Anschlußstutzen 24, an dem das aufgeheizte Fluid entnehmbar ist.
Durch die den Stirnseiten 3 und 4 des Kanalblocks zugewandten Seiten der Deckel ragen somit die drei Stichkanäle 13 sowie die drei Abknickkanäle 23, die jeweils zu den Zulaufkanälen 9 und 10 gehören. Weiterhin sind an diesen Seiten der Deckel ringförmige Zapfen 24 vorgesehen, die als Führungszapfen für Distanzrohre 25 dienen. Die Distanzrohre durchgreifen die Rohre 15, so daß für das eine Fluid nur ein Zwischenraum zwischen dem Außenmantel des Distanzrohres und dem Innenmantel des Kanals 2 übrigbleibt. Der Außenmantel 26 der Distanzrohre 25 ist, vergleiche Figur zwei, mit drei regelmäßig verteilten Stegerhebungen 27 versehen, die sich gegen die Innenwandung der Wendel des Rohres 15 anlehnt.
Die Montage des gesamten Wärmetauschers geschieht wie folgt : Der untere Deckel 8 wird in eine Montagevorrichtung eingespannt, so daß die dem Kanalblock 1 zugewandte Seite nach oben ragt. Anschließend werden drei Distanzrohre 25 auf die Führungszapfen 24 im Bereich dieser Seite des Deckels 8 aufgestellt. Sodann werden drei der aus Kupfer hergestellten Wendelrohre 15 genommen und in die Stichkanäle 13 eingesteckt, bis das Rohrende gegen die Stufe 16 anschlägt. Sodann wird der Kanalblock 1 aufgestellt, der gegebenenfalls auch über Führungsstücke oder Zapfen an der aufwärts gerichteten Fläche des Bodens abgeführt ist. Schließlich wird der obere Deckel 7 aufgesetzt. Anschließend werden beide Deckel mit dem Kanalblock 1 über Schrauben 28 verschraubt.

Claims

1. Wärmetauscher für Flüssigkeiten mit einem in einem Gehäuse geführten Rohr (15) für die eine Flüssigkeit, wobei in dem Raum zwischen dem Gehäuse und dem äußeren Mantel des Rohres die zweite Flüssigkeit geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Kanalblock (1) aus Kunststoff mit nebeneinander angeordneten Kanälen (2) sowie zwei Deckeln (7, 8) besteht, die je einen Ein- und Auslaß (10, 9) für die Flüssigkeiten aufweisen, wobei im Ein- oder Auslaß zu den Flüssigkeitspfaden nach jedem Abzweig zu einem der Kanäle (2) eine Querschnittsverengung (11) zur Widerstandsanpassung der strömungsmäßig parallel zueinander liegenden Kanäle (2) vorgesehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (15) in Form einer Kupferrohrwendel im Kanal (2) gelagert ist, wobei die Kanalinnenwand (5) in ihrer Längserstreckung einen Steg (6) aufweist.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Rohrwendel (15) mit einem Distanzrohr (25) ausgefüllt ist, dessen Außenmantel (26) in Längserstreckung des Rohres einen Steg (27) aufweist, wobei die Wendel an dem Steg anliegt.

4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gewendelte Rohr (15) an seinem Ende Anschlußstutzen (14) aufweist, die über Steckanschlüsse in Stichkanälen (13) beider Böden (7, 8) gehalten sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckanschluß als in einer Erweiterung des Stichkanals (13) gelagerte Kombination von zwei O-Ringen (19) mit zwischenliegendem Distanzring (20) ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring (20) in seinem Außendurchmesser kleiner und in seinem Innendurchmesser größer als die O-Ringe (19) ist und daß von der Erweiterung des Stichkanals (13) eine Bohrung (29) nach außen geführt ist.

7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination von zwei O-Ringen (19) mit dem Distanzring (20) durch einen klemmenden Haltering (21) in der Erweiterung des Stichkanals (13) gehaltert ist.