Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse, in dem eine Primärseite und eine mit der Primärseite in Wärme-übertragender Verbindung stehende Sekundärseite angeordnet sind, wobei die Primärseite einen zwischen einem Einlaßanschluß und einem Auslaßanschluß angeordneten primären Strömungspfad aufweist, und ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstromes durch den primären Strömungspfad vorgesehen ist.
Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise aus DE 197 02 897 C2 bekannt.
Wärmetauscher dieser Art werden vorzugsweise in Verbindung mit Fernheizungs-Systemen verwendet. Das vom Fernheizungs-System bereit gestellte heiße Wasser durchströmt die Primärseite des Wärmetauschers. Die Sekundärseite des Wärmetauschers ist mit einem Brauchwasseranschluß und einer Brauchwasserzufuhr versehen. Wenn Brauchwasser gezapft wird, dann öffnet auch das mit der Primärseite in Verbindung stehende Ventil, so daß ein Strom von heißem Wasser durch die Primärseite fließen kann. Im Wärmetauscher wird dann Wärme von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen, um das Brauchwasser zu erwärmen. In vielen Fällen wird das mit der Primärseite verbundene Ventil auch verwendet, um die Temperatur des Brauchwassers auf der Sekundärseite zu regeln. Bei einem großen Bedarf an Brauchwasser auf der Sekundärseite muß auf der Primärseite entsprechend viel Wärme und dementsprechend ein großes Volumen von Heizungsflüssigkeit zugeführt werden.
Ähnliche Überlegungen gelten auch dann, wenn der Wärmetauscher nicht zur Erwärmung von Brauchwasser verwendet wird, sondern zur Erwärmung von Heizungswasser in einem Heizungskreislauf eines Gebäudes.
5 Vor allem dann, wenn kleinere Häuser, beispielsweise Einfamilienhäuser, an ein Fernheizungs-Netz angeschlossen werden, möchte man den für die Deckung des Wärmebedarfs des Hauses notwendigen Aufwand so gering wie möglich halten. Die Wärmetauscher nehmen aber bislang relativ viel Platz in Anspruch, zumal sie mit einer teilweise relativ aufwendigen Lei-0 tungsführung kombiniert werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscheranlage kompakt zu gestalten. 5 Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Ventil als Einbauventil ausgebildet und zumindest mit einem Teil eines Ventilgehäuses im Gehäuse angeordnet ist.
Mit dieser Ausgestaltung verlagert man das Ventil, das bislang als ge- o trenntes Bauelement vor dem Wärmetauscher angeordnet war, in den Wärmetauscher hinein. Dadurch läßt sich ein kompaktes Äußeres erzielen. Auch der Aufbau einer einen Wärmetauscher enthaltenden Heizungsoder Brauchwassererwärmungsanlage wird vereinfacht. Es entfällt zumindest eine Verrohrung zwischen dem Ventil und dem Gehäuse des Wärme- 5 tauschers. Der Wärmetauscher wird dadurch nicht nur kompakt gehalten. Er ist auch materialsparend ausgebildet und einfach in der industriellen Montage.
Bevorzugterweise weist das Ventil ein mit einem Ventilsitz zusammenwir- o kendes Ventilelement auf, das durch den Ventilsitz hindurch anströmbar ist. Die Anströmung des Ventilelements durch den Ventilsitz hindurch hat
den Vorteil, daß die Schwingungsneigung des Ventilelements wesentlich geringer ist als bei der umgekehrten Durchströmungsrichtung. Wenn das Ventil im Gehäuse des Wärmetauschers angeordnet ist, steht hier zwar ein größerer Resonanzkörper zur Verfügung. Mit der Anströmung des Ventilelements durch den Ventilsitz hindurch spielt der größere Resonanzkörper aber keine Rolle mehr, weil die Schwingungen kleiner sind oder sogar ganz vermieden werden können. Aufgrund der größeren Masse in der Umgebung vermindert sich sogar die Geräuschbildung.
Vorzugsweise ist das Ventil im Bereich des Einlaßanschluß des primären Strömungspfades angeordnet, wobei eine Betätigungseinrichtung auf der dem Einlaßanschluß gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet ist. Das Ventil wird also von einer Seite aus angeströmt und von der gegenüberliegenden Seite aus betätigt. Dies ist konstruktiv eine relativ einfache Ausgestaltung, mit der eine günstige Strömungsführung auf der Primärseite erzielt werden kann.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß das Ventil im Bereich des Auslaßanschluß angeordnet ist und das Ventilelement eine Schließfeder aufweist, der eine Betätigungseinrichtung entgegengewirkt. Auch mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, das Ventilelement durch den Ventilsitz anströmen zu lassen, auch wenn das Ventil im Bereich des Ausgangsanschluß angeordnet ist. Im Ausgangsanschluß hat die die Primärseite des Wärmetauschers durchströmende Flüssigkeit eine niedrigere Temperatur, so daß die thermische Belastung des Ventils geringer ist.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Betätigungseinrichtung auf der dem Auslaßanschluß gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet ist. Hier gilt das gleiche, wie oben im Zusammenhang mit dem Einlaßan- schluß angegebene. Die Leitungsführung vom Auslaßanschluß weg wird durch die Betätigungseinrichtung nicht behindert oder gestört.
Vorzugsweise ist das Ventil in einer Bohrung angeordnet, die eine Verlängerung des Ein- oder Auslaßanschluß bildet. Dies erleichtert die Herstellung. Man muß ohnehin eine Bohrung oder eine entsprechende Öffnung vorsehen, die den Ein- oder Auslaßanschluß bildet. Unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten ist es relativ einfach, eine derartige Bohrung, gegebenenfalls mit einem geänderten Durchmesser, weiterzuführen, um auch einen Aufnahmeraum für das Ventil zu schaffen.
Vorzugsweise ist das Ventil mit einer Anschlußmuffe verbunden, wobei die Anschlußmuffe und das Ventil von einander entgegengesetzten Seiten in das Gehäuse eingesetzt sind. Die Anschlußmuffe bildet dann die Möglichkeit, eine Zulaufleitung oder eine Abflußleitung anzuschließen. Durch das Ventil wird ein derartiger Anschluß nicht behindert. Da das Ventil und die Anschlußmuffe miteinander verbunden sind, sichern sie sich gegenseitig im Gehäuse. Dies vereinfacht die Befestigung von Anschlußmuffe und Ventil am Gehäuse des Wärmetauschers.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Anschlußmuffe und das Ventilgehäuse mit- einander verschraubt sind. Eine Schraubverbindung läßt sich auch innerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers bilden, wenn man nämlich das Ventilgehäuse festhält und die Anschlußmuffe dreht (oder umgekehrt). Eine Schraubverbindung kann ausreichende Zugkräfte aufnehmen, so daß man innerhalb des Wärmetauschers keine Druckgrenzen beachten muß, die durch die Befestigung des Ventils und der Anschlußmuffe am
Gehäuse gesetzt sind.
Vorzugsweise sind die Anschlußmuffe und/oder das Ventilgehäuse mit dem Gehäuse verklebt oder verlötet. Löten wird vielfach bevorzugt. Diese Maßnahme ist für die Abdichtung des Ventils bzw. der Anschlußmuffe sinnvoll. Für eine sichere Befestigung der beiden Elemente im Gehäuse ist
ein Verkleben oder Verlöten nicht mehr erforderlich. Alternativ kann man auch eine Preßpassung verwenden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungs- beispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Wärmetauschers,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Wärmetauschers,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines Wärmetauschers und
Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch einen Wärmetauscher.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Wärmetauscher 1 mit einem Gehäuse 2, in dem eine Primärseite 3 und eine Sekundärseite 4 angeordnet sind. Die Primärseite weist einen in Fig. 1 nicht näher dargestellten Strömungspfad für eine Wärmeträgerflüssigkeit von einem Einlaßanschluß 5 zu einem Auslaßanschluß 6 auf. Die Durchströmungsrichtung ist durch Pfeile 7 dargestellt.
Die Sekundärseite weist ebenfalls einen Strömungspfad auf und zwar für eine Flüssigkeit, die erwärmt werden soll. Dieser nicht näher dargestellte Strömungspfad erstreckt sich zwischen einem Zulaufanschluß 8 und einem Ablaufanschluß 9. Über eine schematisch dargestellte Wärmeübertragungsfläche 10 erfolgt ein Wärmeübergang zwischen der auf der Primärseite 3 strömenden Flüssigkeit und der auf der Sekundärseite 4 strömenden Flüssigkeit.
Die Darstellung der Fig. 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit stark schematisch. Fig. 4 zeigt etwas deutlicher, wie die Strömungspfade angeordnet sind. Durch eine Vielzahl von gewellten Platten 11 , die an Berührungslinien 12 miteinander verbunden sind, werden kanalartige Hohlräume 13 erzeugt, die abwechselnd zur Primärseite 3 und zur Sekundärseite 4 gehören. In Fig. 4 ist dies schematisch durch Punkte und Kreuze dargestellt. Die Hohlräume 13, in denen Kreuze eingezeichnet sind, gehören zur Primärseite 3. Die Hohlräume 13, in denen Punkte dargestellt sind, gehören zur Sekundärseite 4. Die Primärseite 3 und die Sekundärseite 4 wer- den im Gegenstrom durchströmt, so daß man eine optimale Wärmeübertragung von der Primärseite 3 auf die Sekundärseite 4 erreichen kann.
Zur Steuerung des Stroms der Heizungsflüssigkeit auf der Primärseite ist ein Ventil 14 vorgesehen, dessen Ventilgehäuse 15 in das Gehäuse 2 eingebaut ist. Die Steuerung des Flüssigkeitsstromes auf der Primärseite 3 steuert über das Volumen dieser Flüssigkeit die Wärmezufuhr zum Wärmetauscher 1. Wenn beispielsweise Brauchwasser aus dem Ablaufanschluß 9 gezapft wird, strömt kälteres Brauchwasser zum Zulaufanschluß 8 nach. In diesem Fall öffnet das Ventil 14, so daß eine erhöhte Wärmemenge in die Primärseite 3 gefördert wird und von dort auf die Sekundärseite 4 übertragen werden kann.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist das Ventil 14 als Einbauventil ausgebildet, dessen Ventileinsatz 15 sich im Innern des Gehäuses 2 befindet. Der Ventileinsatz 15 weist einen Ventilsitz 16 auf, mit dem ein Ventilelement 17 zusammenwirkt, das über einen Stößel 18 von einer Betätigungseinrichtung 19 betätigt wird. Wenn das Ventilelement auf den Ventilsitz 16 zu bewegt wird, dann wird der Zustrom von Flüssigkeit in die Primärseite gedrosselt. Wenn das Ventilelement 17 vom Ventilsitz 16 abgehoben wird, dann wird ein stärkerer Zufluß von Wärmeträgerflüssigkeit erlaubt.
Der Ventileinsatz 15 weist seitliche Öffnungen 20 auf, durch die die Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Ventil 14 abfließen kann, wenn das Ventilelement 17 vom Ventilsitz 16 abgehoben worden ist.
5 Das Ventil 14 ist in einer Bohrung angeordnet, die eine Fortsetzung des Einlaßanschluß 5 bildet. Man kann daher den Bauraum für das Ventil 14 einfach dadurch schaffen, daß man von der Seite der Betätigungseinrichtung 19 her eine Bohrung in das Gehäuse 2 einbringt. Wenn man einen Bohrer mit einem gestuften Durchmesser verwendet, kann man für den0 Einlaßanschluß 5 und für eine Gehäusebohrung 21 unterschiedliche Durchmesser erzeugen. Wenn der Wärmetauscher aus gestanzten Platten zusammengelötet wird, kann man die Bohrung auch durch gestanzte Löcher in den Platten erzeugen. 5 Der nähere Aufbau eines derartigen Einbau-Ventils geht aus Fig. 4 hervor. Im Gehäuse 2 ist eine Anschlußmuffe 22 befestigt, die den Einlaßanschluß 5 aufnimmt. Die Anschlußmuffe 22 kann beispielsweise ein geeignetes Innengewinde 23 aufweisen, so daß eine Schraubverbindung zwischen der Anschlußmuffe 22 und einem nicht näher dargestellten Zufluß- o röhr für die Wärmeträgerflüssigkeit auf der Primärseite hergestellt werden kann.
Das Ventilgehäuse 15 des Ventils 14 steht über ein Zwischenelement 24 mit der Anschlußmuffe 22 in Verbindung. Das Zwischenelement 24 trägt 5 gleichzeitig den Ventilsitz 16. Eine Dichtung 25 zwischen der Anschlußmuffe 22 und dem Zwischenelement 24 stellt sicher, daß Flüssigkeit nicht am Ventil 14 vorbei treten kann, wenn das Ventilelement 17 am Ventilsitz 16 anliegt, wie dargestellt.
o Über das Zwischenelement 24 ist es möglich, die Anschlußmuffe 22 und das Ventilgehäuse 15 miteinander zu verbinden, beispielsweise zu ver-
schrauben. Eine derartige Verbindung sichert dann eine zuverlässige Befestigung von Anschlußmuffe 22 und Ventilgehäuse 15 im Gehäuse 2. Zusätzlich ist es möglich, sowohl das Ventilgehäuse 15 oder ein damit verbundenes Außengehäuse 26 als auch die Anschlußmuffe 22 über eine Lötverbindung 27, 28, die auch durch eine Klebeverbindung ersetzt werden kann, mit dem Gehäuse 2 zu verbinden.
Das Ventilelement 17 ist bei der Ausgestaltung nach den Fig. 1 und 4 durch den Ventilsitz 16 anströmbar. Man vermeidet dadurch, daß das Ven- tilelement 17 zu schwingen beginnt, wenn das Ventil zunehmend gedrosselt wird.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 ist das Ventil 14 im Bereich des Einlaßanschluß 5 angeordnet. Dies erlaubt eine relativ einfache Ansteuerung des Ventils 14 von der dem Einlaßanschluß 5 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2 durch die Betätigungseinrichtung 19.
Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Wärmetauschers, bei der gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hier ist das Ventil 14 im Bereich des Auslaß 6 der Primärseite 3 angeordnet.
Um sicherzustellen, daß das Ventilelement 17 durch den Ventilsitz 16 von der aus dem Auslaßanschluß 6 abströmenden Flüssigkeit angeströmt wird, ist das Ventilelement 17 von einer Schließfeder 32 belastet, die sich an einem Käfig 29 abstützt, der an der Innenwand des Gehäuses 2 angeordnet ist. Der Käfig 29 weist Öffnungen 30 auf, durch die die Flüssigkeit zum Auslaßanschluß 6 abfließen kann.
Die Betätigungseinrichtung 19 beansprucht das Ventilelement 17 in Öffnungsrichtung, d.h. der Stößel 18 drückt das Ventilelement 17 gegen die Kraft der Schließfeder 32 vom Ventilsitz 16 weg, um das Ventil zu öffnen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Wärmetauschers, bei dem gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Bei dieser Ausgestaltung ist das Ventil 14 ebenfalls im Bereich des Auslaßanschluß 6 angeordnet. Es wird auch durch den Ventilsitz 16 ange- strömt. Im Gegensatz zu der Ausgestaltung nach Fig. 2 ist die Betätigungseinrichtung 19 nun auf der gleichen Seite angeordnet, wie der Auslaßanschluß 6 auch. Hierzu ist ein T-Stück 31 vorgesehen, durch das der Stößel 18 geführt ist.