EP1902268B1

EP1902268B1 - Wärmetausher

Info

Publication number: EP1902268B1
Application number: EP06753323A
Authority: EP
Inventors: Urh Hudoklin
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2005-07-02
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: ATE429624T1; CN101258377A; DE502006003550D1; EP1902268A1; DE102005031026B3; RU2363904C1; DK1902268T3; WO2007003193A1; CN101258377B

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse, das einen primären Einlaßanschluß, einen primären Auslaßanschluß, einen sekundären Einlaßanschluß und einen sekundären Auslaßanschluß aufweist, wobei zwischen dem primären Einlaßanschluß und dem primären Auslaßanschluß ein primärer Strömungspfad einer Primärseite und zwischen dem sekundären Einlaßanschluß und dem sekundären Auslaßanschluß ein sekundärer Strömungspfad einer Sekundärseite angeordnet ist, wobei der primäre Strömungspfad mit dem sekundären Strömungspfad in wärmeübertragender Verbindung steht und der Wärmetauscher mindestens eine Steuerhilfseinrichtung aufweist, die im primären Strömungspfad und im sekundären Strömungspfad angeordnet ist.
Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise aus EP 608 195 B1 bekannt. Innerhalb eines Gehäuses des bekannten Wärmetauschers ist ein Temperatursensor integriert und mißt sowohl die Temperatur im primären als auch sekundären Strömungspfad. Der Temperatursensor befindet sich dabei in einem zylinderförmigen Rohr und steht mit einem Ventil außerhalb des Gehäuses in Verbindung.
Wärmetauscher werden eingesetzt, um thermische Energie von einem primären Medium auf ein sekundäres Medium zu übertragen, ohne daß sich die beiden Medien mischen. Hierbei sind beispielsweise das erste Medium Wasser eines Fernwärmesystems und das zweite Medium Wasser in Trinkwasserqualität. Auch kann mindestens ein Medium Gas sein. Zur Reduzierung der Abmessungen des Wärmetauschers werden Steuerhilfseinrichtungen, wie beispielsweise Sensoren, die zum Betrieb des Wärmetauschers benötigt werden, in dem Wärmetauscher integriert.
Hierdurch werden jedoch Schwachstellen im Inneren des Wärmetauschers geschaffen. Sind in einem Wärmetauscher Steuerhilfseinrichtungen, wie Sensoren integriert, die gleichzeitig in zwei voneinander getrennten Strömungspfaden angeordnet, so entstehen Schnittstellen an den Durchbrechungen von einem Strömungspfad zum anderen Strömungspfad. Es besteht dadurch die Möglichkeit, daß die beiden Medien miteinander in Kontakt kommen und sich ungewollt vermischen. Dies geschieht beispielsweise, wenn eine der Schnittstellen undicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher konstruktiv zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuerhilfseinrichtung durch einen Zwischenraum hindurchgeführt ist, der zwischen dem primären Strömungspfad und dem sekundären Strömungspfad angeordnet ist.
Die Übergangsbereiche und somit die Schnittstellen zwischen dem primären Strömungspfad und dem sekundären Strömungspfad werden voneinander isoliert, indem der primäre Strömungspfad und der sekundäre Strömungspfad jeweils an den Zwischenraum angrenzen. Der Zwischenraum befindet sich dann zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Wärmetauschers. Dies gilt zumindest für den Teil des Wärmetauschers, in dem die Steuerhilfseinrichtung im primären Strömungspfad und im sekundären Strömungspfad angeordnet ist. Der primäre und der sekundäre Strömungspfad sind in diesem Teil des Wärmetauschers voneinander beabstandet. Die Steuerhilfseinrichtung wird dabei durch den Zwischenraum hindurchgeführt und ist somit gleichzeitig in drei Bereichen angeordnet, nämlich im Zwischenraum und in den Bereichen rechts und links des Zwischenraums. Steuerhilfseinrichtungen werden hierbei beispielsweise zum Steuern oder Regeln des Wärmetauschers verwendet und wirken z.B. mechanisch oder thermisch. Auch sind elektrische Kabel denkbar, die zu einer Vorrichtung innerhalb des Wärmetauschers geführt werden. Sollte eine Dichtung zwischen dem primären Strömungspfad und dem Zwischenraum oder zwischen dem sekundären Strömungspfad und dem Zwischenraum undicht werden, so dient der Zwischenraum als Auffangort für Leckagen. Man fängt demnach Fluid, das den primären oder sekundären Strömungspfad ungewollt verläßt, an einem definierten Ort auf. Auf diese Weise werden größere Schäden am Wärmetauscher verhindert. Auch wird durch den Zwischenraum sichergestellt, daß nicht die Fluide der Primär- und Sekundärseite miteinander in Kontakt kommen. Es ist nämlich unwahrscheinlich, daß die Schnittstelle zwischen dem primären Strömungspfad und dem Zwischenraum und die Schnittstelle zwischen dem sekundären Strömungspfad und dem Zwischenraum zeitgleich undicht werden. Durch eine Auffangmöglichkeit von Leckagen im Zwischenraum wird der Betrieb des Wärmetauschers sicherer und zuverlässiger. In dem Zwischenraum kann beispielsweise ein Überwachungssensor angeordnet werden, der einen Eintritt des Fluids in den Zwischenraum feststellt. Es können daraufhin weitere Maßnahmen eingeleitet werden, die eine größere Leckage verhindern, beispielsweise das Absperren der Zu- und Ablaufleitungen.
Es ist besonders bevorzugt, daß der Zwischenraum mit einer Umgebung des Gehäuses in Verbindung steht. Auf diese Weise kann der Zwischenraum ein geringes Volumen aufweisen. Das Volumen des Zwischenraums kann dann nur für geringe Leckagemengen ausgelegt werden, da im Fehlerfall Fluid weiter nach außen geleitet werden kann. Der Wärmetauscher wird durch den Zwischenraum nicht wesentlich größer als ein Wärmetauscher ohne diesen Zwischenraum. Wenn in den Zwischenraum Fluid eindringt, so kann dieses beispielsweise aufgrund seiner Wärme und durch die angrenzende erwärmte Primär- und Sekundärseite verdampfen. Es kommt beispielsweise zu Leckagen, wenn das Fluid in der Primärleitung auf höhere Temperaturen ansteigt als vorgesehen. Das Fluid dehnt sich dann aufgrund der erhöhten Temperatur aus und benötigt mehr Raum. An einer Schwachstelle, wie beispielsweise einer Dichtung, versucht das Fluid zu entweichen. Man gibt dem Fluid mit der Anordnung des Zwischenraums eine Sollbruchstelle vor. Der Zwischenraum nimmt das Fluid auf und baut gleichzeitig den durch das Fluid hervorgerufenen Überdruck ab. Der Zwischenbereich entlastet die übrigen Bereiche des Wärmetauschers, indem der Zwischenraum mit der Umgebung des Gehäuses in Verbindung steht, so daß ein Überdruck entweichen kann. Es geht dann zwar etwas Fluid verloren, jedoch besteht keine Gefahr mehr, daß andere Bereiche des Wärmetauschers von einem Druckanstieg betroffen sind.
Bevorzugterweise ist der Zwischenraum zumindest teilweise durch das Gehäuse begrenzt. Das Gehäuse umhüllt somit zumindest ein Teil des primären und ein Teil des sekundären Strömungspfads und den Zwischenraum. Der Zwischenraum kann beispielsweise an seinen anderen Wänden, die nicht vom Gehäuse gebildet werden, durch die Wände des primären und des sekundären Strömungspfads begrenzt werden. Es wird daher ohne großen Materialaufwand der Zwischenraum bereitgestellt.
Es ist besonders bevorzugt, daß der Zwischenraum mindestens eine Öffnung aufweist, die im Gehäuse angeordnet ist. Der Zwischenraum grenzt demnach direkt an das Gehäuse und weist mindestens eine Öffnung auf, die den Zwischenraum mit der Umgebung nach außen verbindet. Es sind somit keine Kanäle notwendig, die den Abfluß oder das Verdampfen des leckgewordenen Fluids behindern könnten.
Es ist bevorzugt, daß die Steuerhilfseinrichtung ein erster Ventilstößel eines ersten Ventils ist. Das erste Ventil ist somit ein Einbauventil, da es zumindest teilweise innerhalb des Wärmetauschers angeordnet ist. Auf diese Weise erzielt man eine kompakte Bauweise des Wärmetauschers. Der erste Ventilstößel ist hierbei in mindestens einer Betätigungsstellung gleichzeitig im primären und sekundären Strömungspfad sowie im Zwischenbereich angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Ventil im Bereich des sekundären Einlaßanschlusses angeordnet. Das Ventil ist beispielsweise am sekundären Einlaßanschluß von außen in das Gehäuse des Wärmetauschers eingesetzt und gegen das Herausfallen durch eine Verschraubung mit dem Gehäuse verbunden. Das erste Ventil ist somit leicht austauschbar und bei einem entstehenden Überdruck des Fluids ausreichend fixiert. Auch wird das erste Ventil thermisch gering belastet, da auf der Sekundärseite des Wärmetauschers das Fluid durch das Fluid der Primärseite erhitzt wird und das Fluid am sekundären Einlaßanschluß eine geringere Temperatur als am sekundären Auslaßanschluß aufweist.
Es ist bevorzugt, daß der primäre Einlaßanschluß einen ersten Ventilsitz des ersten Ventils aufweist. Es ist somit möglich, mit dem ersten Ventil den Zufluß des Fluids im primären Einlaßanschluß zu steuern. Dies ist besonders einfach, wenn der primäre Einlaßanschluß und der sekundäre Auslaßanschluß gegenüberliegend angeordnet sind und die Anschlüsse auf einer geradlinigen Verbindung liegen. Beispielsweise ist der erste Ventilsitz gehäusefest im primären Einlaßanschluß angeordnet und dichtet gleichzeitig bei verschlossenem erstem Ventil den primären Einlaßanschluß ab. Ein erstes Ventilelement des ersten Ventils, das mit dem Ventilsitz zusammenwirkt ist praktischerweise durch den primären Einlaßanschluß hindurch anströmbar.
Zweckmäßigerweise weist das erste Ventil eine Membran auf, die mit Fluid des sekundären Strömungspfads in Kontakt kommt. Eine Membran reagiert nahezu trägheitslos auf eingestellte Druckänderungen in dem sekundären Einlaßanschluß. Das erste Ventil weist demnach eine geringe Reaktionszeit auf.
Vorzugsweise ist der erste Ventilstößel mit der Membran betätigbar. Man nutzt somit die nahezu trägheitlose Reaktion der Membran auch für den Ventilstößel. So kann man verzögerungsfrei den Fluidstrom in dem primären Strömungspfad beeinflussen in Abhängigkeit des Fluidstroms in dem sekundären Strömungspfad.
Bevorzugterweise ist die Steuerhilfseinrichtung ein Temperatursensor. Zum sicheren Betrieb des Wärmetauschers ist es vorteilhaft, auch die Temperatur des Fluids im Inneren des Wärmetauschers zu messen. Man hat dann die Möglichkeit, aufgrund einer gemessenen Temperatur den Wärmetauscher sicherer zu gestalten. Dies geschieht beispielsweise, indem man eine Fluidtemperatur im Wärmetauscher überwacht. Bei einer zu hohen Temperatur des Fluids werden Maßnahmen eingeleitet, um einen Benutzer vor Verbrennungen zu schützen. Auch wird durch einen integrierten Temperatursensor im Inneren des Gehäuses die Raumverhältnisse des Wärmetauschers effektiv genutzt.
Vorzugsweise steht der Temperatursensor mit dem Zwischenraum über einen Fluidpfad in Verbindung. Der Temperatursensor kann beispielsweise den Zwischenraum als Referenzstelle zur Temperaturmessung verwenden. Auch kann sich der Temperatursensor bei einer thermischen Ausdehnung in den Zwischenraum hinein erstrecken. Auf diese Weise wird kein zusätzlicher Raum bei einer Erwärmung benötigt und ein Druckanstieg aufgrund einer Materialausdehnung des Temperatursensors verhindert. Der Zwischenraum kann auch zum Druckausgleich dienen.
Es ist vorgesehen, daß der Temperatursensor einen Balg aufweist, wobei das Innere des Balgs von einem Sensorraum abgegrenzt ist und das Innere des Balgs mit dem Zwischenraum in Verbindung steht. Der Balg ist ein bewegliches Teil des Temperatursensors, der sich aufgrund von Temperaturänderungen in seiner Geometrie ändert. Durch die Verbindung des Inneren des Balgs mit dem Zwischenraum wird die Geometrie des bewegbaren Balgs ausschließlich von der Temperatur eines expansionsfähigen Materials im Sensorraum bewirkt. Der Sensorraum hat im Gegensatz zum Inneren des Balgs keine Verbindung in einen weiteren Raum und ist abgeschlossen. Mit dieser Ausgestaltung kann die Messung mit dem Temperatursensor von einem Einfluß des primären oder des sekundären Strömungspfads unabhängig gestaltet werden, obwohl der Temperatursensor gleichzeitig in beiden Strömungspfaden angeordnet ist und diese Strömungspfade gewöhnlicherweise unterschiedliche Temperaturen aufweisen.
Es ist besonders bevorzugt, daß der Temperatursensor mit einem zweiten Ventilstößel eines zweiten Ventils in Verbindung steht. Der Temperatursensor kann somit direkt auf ein zweites Ventil wirken. Das zweite Ventilstößel ist zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß der Bewegungsraum des zweiten Ventilstößels unabhängig von äußeren Geometrien des zweiten Ventils ist.
Es ist vorgesehen, daß das zweite Ventil im Bereich des primären Auslaßanschlusses angeordnet ist. Im primären Auslaßanschluß hat das Fluid der Primärseite eine niedrigere Temperatur als im primären Einlaßanschluß. Die thermische Belastung des zweiten Ventils wird so gering gehalten. Ist der primäre Auslaßanschluß gegenüberliegend zum sekundären Auslaßanschluß angeordnet, so ist es auf einfache Weise möglich, in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur im sekundären Anschlußbereich das zweite Ventil zu betätigen.
Bevorzugterweise weist das zweite Ventil eine Rückstellfeder auf, die ein Ventilelement gegen einen zweiten Ventilsitz drückt und dabei den primären Auslaßanschluß verschließt. Die Rückstellfeder bewirkt eine Gegenkraft zu der Kraft, die durch das anströmende Fluid des primären Strömungspfades auf das Ventilelement entsteht. Wenn die Gegenkraft der Rückstellfeder überwunden wird, dann befindet sich das zweite Ventil in Öffnungsstellung. Die Gegenkraft der Rückstellfeder ist einstellbar, so daß man das zweite Ventil an unterschiedliche Ansprechbedingungen anpassen kann.
Es ist besonders bevorzugt, daß der Wärmetauscher Wärmetauscherplatten aufweist, wobei in einem ersten Bereich die primären und sekundären Strömungspfade parallel zueinander angeordnet sind und in einem zweiten Bereich die primären und sekundären Strömungspfade diagonal zueinander angeordnet sind. Bei dieser Anordnung der Strömungspfade ist es möglich, gleichzeitig einen integrierten Temperatursensor, ein erstes und ein zweites Ventil zu betreiben, die jeweils zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Hierzu ist vorgesehen, daß der primäre Einlaßanschluß gegenüber dem sekundären Einlaßanschluß angeordnet ist und gleichzeitig der primäre Auslaßanschluß gegenüber dem sekundären Auslaßanschluß angeordnet ist. Je höher die Anzahl der Wärmetauscherplatten, desto mehr Wärme kann der Wärmetauscher zeitgleich abgeben. Dies ist beispielsweise von Vorteil, wenn der Wärmetauscher für eine Raumheizungsanlage vorgesehen ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1: eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers mit einem ersten Ventil,
Fig. 2: eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers mit einem integrierten Temperatursensor,
Fig. 3: eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers mit mehreren Wärmetauscherplatten und
Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel in Schnittansicht eines Wärmetauschers mit einem ersten Ventil und einem integriertem Temperatursensor, der mit einem zweiten Ventil zusammenwirkt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Wärmetauschers 1 mit einem Gehäuse 2, das einen primären Einlaßanschluß 3, einen primären Auslaßanschluß 4, einen sekundären Einlaßanschluß 5 und einen sekundären Auslaßanschluß 6 aufweist. Zwischen dem primären Einlaßanschluß 3 und dem primären Auslaßanschluß 4 ist ein primärer Strömungspfad 7 einer Primärseite 8 und zwischen dem sekundären Einlaßanschluß 5 und dem sekundären Auslaßanschluß 6 ein sekundärer Strömungspfad 9 einer Sekundärseite 10 angeordnet. In der Schnittansicht der Fig. 1 sind die Strömungspfade 7,9 nur teilweise sichtbar. Die Durchströmungsrichtung ist durch Pfeile 11 dargestellt. Das Fluid der Primärseite 8 tritt am primären Einlaßanschluß 3 ein und am primären Auslaßanschluß 4 aus. Das Fluid der Sekundärseite 10 tritt entsprechend am sekundären Einlaßanschluß 5 ein und am sekundären Auslaßanschluß 6 aus. Im Inneren des Wärmetauschers 1 gibt das Fluid der Primärseite 8 Wärme an das Fluid der Sekundärseite 10 ab, so daß das Fluid der Sekundärseite 10 erwärmt wird. Folglich ist das Fluid der Primärseite 8 am primären Einlaßanschluß 3 wärmer als am primären Auslaßanschluß 4. Das Fluid der Sekundärseite 10 ist am sekundären Einlaßanschluß 5 kälter als am sekundären Auslaßanschluß 6.
Der Wärmetauscher 1 in Fig. 1 weist einen ersten Bereich 12, einen zweiten Bereich 13 und einen dritten Bereich 14 auf. Der erste Bereich 12 erstreckt sich von der Seite des Gehäuses 2 mit dem primären Auslaßanschluß 4 und dem sekundären Einlaßanschluß 5 bis zum dritten Bereich 14. Der zweite Bereich 13 erstreckt sich von der Seite des Gehäuses 2 mit dem primären Einlaßanschluß 3 und dem sekundären Auslaßanschluß 6 bis zum dritten Bereich 14. Ein erster Ventilstößel 15 erstreckt sich vom sekundären Strömungspfad 9 im ersten Bereich 12 über den dritten Bereich 14 in den primären Strömungspfad 7 im zweiten Bereich 13. Der erste Ventilstößel 15 ist Teil eines ersten Ventils 16, das am sekundären Einlaßanschluß 5 angeordnet ist und sich teilweise ins Innere des Gehäuses 2 erstreckt. Das erste Ventil 16 ist ein Einbauventil, das eine Membran 17 aufweist, die auf den ersten Ventilstößel 15 wirkt. Das erste Ventil 16 ist außerdem von außen betätigbar, indem beispielsweise eine Kopplung zum primären Einlaßanschluß 3 oder zum sekundären Auslaßanschluß 6 hergestellt wird, die auf eine Betätigungsvorrichtung des ersten Ventils 16 wirkt.
Der erste Ventilstößel 15 in Fig. 1 weist an der dem sekundärem Einlaßanschluß 5 gegenüberliegenden Seite ein erstes Ventilelement 18 auf. Das erste Ventilelement 18 wirkt mit einem ersten Ventilsitz 19 zusammen, der in dem primären Einlaßanschluß 3 angeordnet ist. Der primäre und der sekundäre Einlaßanschluß 3,5 sind gegenüberliegend am Gehäuse 2 angeordnet, so daß der erste Ventilstößel 15 auf einer geraden Verbindungslinie zwischen primärem und sekundärem Einlaßanschluß 3,5 axial bewegbar gelagert ist.
Der dritte Bereich 14 im Gehäuse 2 des Wärmetauschers 1 weist einen Zwischenraum 20 auf, der den Ventilstößel 15 teilweise aufnimmt. Zur Abdichtung der Primärseite 8 mit dem primären Strömungspfad 7 gegenüber dem Zwischenraum 20 und der Sekundärseite 10 mit dem sekundären Strömungspfad 9 gegenüber dem Zwischenraum 20 werden jeweils Dichtungen 21 verwendet. Die Dichtungen 21 führen gleichzeitig den ersten Ventilstößel 15, so daß keine weiteren Lager an den Durchbrechungen der Begrenzungen der Bereiche 12,13,14 notwendig sind. Der Zwischenraum 20 im dritten Bereich 14 hat direkten Zugang zur Umgebung des Gehäuses 2. Hierzu weist der Zwischenraum 20 eine Öffnung 22 auf, die gleichzeitig eine Durchbrechung des Gehäuses 2 ist.
Wenn Fluid im sekundären Strömungspfad 9 fließt, dann wird der primäre Strömungspfad 7 zu einem gewissen Grad durch die Wirkung der Membran 17 geöffnet. Wird im Laufe des Betriebs eine der Dichtungen 21 undicht, so fließt das Fluid in den Zwischenraum 20 und verdunstet dort aufgrund der vorhandenen hohen Temperaturen im Zwischenraum 20 oder tritt aus der Öffnung 22 heraus. Hierdurch wird verhindert, daß sich Fluid der Primär- oder Sekundärseite 8,10 mit Fluid der Sekundär- oder Primär seite 10,8 vermischt und dadurch beispielsweise eine Verunreinigung des einen Fluids entsteht. Der Zwischenraum 20 verhindert auch, daß von der Primärseite 8 auf die Sekundärseite 10 oder umgekehrt ein Druck im Fehlerfall übertragen wird. Die Primärseite 8 und die Sekundärseite 10 sind somit voneinander entkoppelt und beeinflussen sich bei einer Undichtigkeit durch beabstandete Begrenzungswände 23, 24 des ersten Bereichs 12 und zweiten Bereichs 13 mit dem dazwischenliegenden dritten Bereich 14 nicht.
In Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Wärmetauschers 25 mit einem integrierten Temperatursensor 26 dargestellt. Der Temperatursensor 26 erstreckt sich in axialer Richtung vom primären Strömungspfad 7 im ersten Bereich 12 über den Zwischenraum 20 im dritten Bereich 14 in den sekundären Strömungspfad 9 im zweiten Bereich 13 des Wärmetauschers 25. Der Temperatursensor 26 weist einen Balg 27 auf, der in seiner axialen Erstreckung veränderbar ist und ein Gas einschließt. Der Temperatursensor weist einen Sensorraum 28 auf, der ein expansionsfähiges Medium aufweist, das mit einer Meßstelle 29 des Temperatursensors in thermischer Verbindung steht und auf Temperaturänderungen im Bereich des sekundären Auslaßanschlusses 6 reagiert. Die Meßstelle 29 erstreckt in den sekundären Auslaßanschluß 6 hinein und mißt dort die Temperatur des Fluids der Sekundärseite 10.
Der Sensorraum 28 des Temperatursensors 26 ist abgeschlossen und wirkt auf die äußere Oberfläche des Balgs 27. Das Innere des Balgs 27 steht über einen Fluidpfad mit dem Zwischenraum 20 des dritten Bereichs 14 in Verbindung, der wiederum nach außen über die Öffnung 22 eine Verbindung aufweist. Mit diesen Verbindungen vom Inneren des Balgs 27 bis zur Umgebung des Gehäuses 2 wird verhindert, daß der Temperatursensor 26 durch die Temperatur des primären Strömungspfads 7 beeinflußt wird. Bei einer Erwärmung des primären Strömungspfads 7 im ersten Bereich 12 würde ohne weitere Maßnahmen der Druck im Inneren des Balgs 27 ansteigen.
Wäre das Innere des Balgs 27 abgeschlossen, so würde expansionsfähiges Material, hier ein Gas, im Inneren des Balgs 27 einen Druck aufbauen, der die Geometrie des Balgs 27 beeinflußt und ebenfalls auf ein zweites Ventil 30 wirken würde. Dies ist unerwünscht und wird durch die Verbindung mit dem Zwischenraum 20 und durch die weitere Verbindung in die Umgebung verhindert. Der entstehende Druckanstieg im Inneren des Balgs 27 wird vermieden, indem das vorhandene Gas im Inneren des Balgs 27 ungehindert expandieren kann. So ist sichergestellt, daß die Geometrie des Balgs 27 nur von der Temperatur des expansionsfähigen Materials im Sensorraum 28 beeinflußt wird und die Temperaturmessung präzise ist.
Auf der gegenüberliegenden Seite des sekundären Auslaßanschlusses 6 in Fig. 2 ist der primäre Auslaßanschluß 4 angeordnet, der das zweite Ventil 30 mit einem zweiten Ventilstößel 31 aufweist. Der zweite Ventilstößel 31 ist mit dem Temperatursensor 26 an einem ersten axialen Ende und mit einer Rückstellfeder 32 an einem zweiten axialen Ende verbunden. An dem zweiten Ventilstößel 31 ist ein zweites Ventilelement 33 im Bereich des primären Auslaßanschlusses 4 angeordnet, das mit einem zweiten Ventilsitz 34 des zweiten Ventils 29 zusammenwirkt. Das zweite Ventil 29 befindet sich in Schließstellung, wenn eine Rückstellkraft der Rückstellfeder 32 größer ist als eine Gegenkraft des Temperatursensors 26. In Schließstellung des zweiten Ventils 30 wird der Fluidstrom durch die Primärseite 8 des Wärmetauschers 25 unterbrochen.
Mit dem Wärmetauscher 25 in Fig. 2 ist der primäre Auslaßanschluß 4 in Abhängigkeit der Temperatur des Fluids in dem sekundären Auslaßanschluß 6 steuerbar. Durch die gegenüberliegende Anordnung von primärem Auslaßanschluß 4 und sekundärem Auslaßanschluß 6 mit dem zweiten Ventil 30 am primären Auslaßanschluß 4 und dem Temperatursensor 26 im Inneren des Gehäuses 2 ist eine schnelle Reaktion im primären Auslaßanschluß 4 möglich. Der Wärmetauscher 25 wird hierdurch zuverlässig und reagiert nahezu verzögerungsfrei auf zu hohe Temperaturen des Fluids am sekundären Auslaßanschluß 6.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Wärmetauschers 35 mit mehreren Wärmetauscherplatten 36 innerhalb des Gehäuses 2. Die Wärmetauscherplatten 36 sind jeweils im ersten Bereich 12 und im zweiten Bereich 13 angeordnet, wobei in Fig. 3 der erste Bereich 12 axial rechts von dem dritten Bereich 14 und der zweite Bereich 13 axial links vom dritten Bereich 14 angeordnet ist. Benachbarte primäre und sekundäre Strömungspfade 7,9 verlaufen im ersten Bereich 12 parallel zueinander und im zweiten Bereich 13 diagonal zueinander. Im dritten Bereich 14 ist der Zwischenraum 20 angeordnet. Dort verlaufen die primären und sekundären Strömungspfade 7,9 parallel zueinander, jedoch etwa rechtwinklig zu den primären und sekundären Strömungspfaden 7,9 im ersten und im zweiten Bereich 12,13. In Fig. 3 verlaufen die primären und sekundären Strömungspfade 7,9 im ersten und im zweiten Bereich 12,13 vertikal und im dritten Bereich 14 horizontal. Wärmetauscherplatten 36 der Primärseite 8, die mit Fluid der Primärseite 8 durchströmt werden, sind abwechselnd mit Wärmetauscherplatten 36 der Sekundärseite 10, in denen Fluid der Sekundärseite 10 strömt, angeordnet. Im ersten Bereich 12 sind der primäre Auslaßanschluß 4 und der sekundäre Einlaßanschluß 5 am Gehäuse 2 angeordnet. Im zweiten Bereich 13 sind der primäre Einlaßanschluß 3 und der sekundäre Auslaßanschluß 6 am Gehäuse 2 angeordnet. Der Wärmetauscher 35 in Fig. 3 kann wie zuvor in den Fig. 1 und 2 beschrieben ausgebildet sein.
Mit der Anordnung nach Figur 3 ist es auch möglich, gleichzeitig die Steuerhilfseinrichtungen des Wärmetauschers 1 und des Wärmetauschers 25 zu integrieren. Hierbei ist das erste Ventil 16 räumlich zwischen dem primären Einlaßanschluß 3 und dem sekundären Einlaßanschluß 5 angeordnet. Gleichzeitig ist der Temperatursensor 26 zwischen dem sekundärem Auslaßanschluß 6 und dem primären Auslaßanschluß 4 angeordnet, wobei der Temperatursensor 26 auf das zweite Ventil 30 am primären Auslaßanschluß 4 wirkt. Dies zeigt Fig. 4.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 37 dargestellt. Der Wärmetauscher 37 ist eine Kombination des Wärmetauschers 1 aus Fig. 1 und des Wärmetauschers 25 aus Fig. 2 mit der Anordnung der Wärmetauscherplatten 36 und der Strömungspfade 7,9 nach Fig. 3. Der Wärmetauscher 37 weist somit sowohl eine Temperatursteuerung oder -regelung als auch eine Drucksteuerung oder -regelung auf. Ob eine Steuerung oder Regelung vorliegt, hängt von der Ansteuerung des ersten und des zweiten Ventils 16, 30 von außen ab. Bevorzugerweise verwendet man eine Regelung.
In Fig. 4 ist das erste Ventil 16 hier als Proportionalventil ausgebildet. Zwischen dem ersten Bereich 12 und dem zweiten Bereich 13 sind Zylinder 38 angeordnet, die den ersten Bereich 12 und den zweiten Bereich 13 voneinander beabstanden. Hierdurch entsteht der dritte Bereich 14 mit dem Zwischenraum 20, der mit der Umgebung des Gehäuses 2 außerhalb des Wärmetauschers 37 in Verbindung steht.
Wenn Fluid im sekundären Strömungspfad 9 fließt, dann wird aufgrund der Kraftwirkung des strömenden Fluids auf die Membran 17 in dem ersten Ventil 16 der primäre Strömungspfad 7 zu einem gewissen Grad geöffnet. Der Wärmetauscher 37 reagiert nahezu trägheitslos auf Veränderungen im sekundären Einlaßanschluß 5 bei gleichzeitiger Veränderung des Zuflusses auf der Primärseite 8. Wird während des Betriebs eine zu hohe Temperatur an der Meßstelle 29 des Temperatursensors 26 gemessen, so wirkt der Temperatursensor 26 durch die Veränderung seines Balgs 27 aufgrund einer Expansion eines expansionsfähigen Materials innerhalb des Sensorraums 28 auf das zweite Ventil 30. Das zweite Ventil 30 wird in einem solchen Fall gedrosselt oder ganz geschlossen. Auf diese Weise werden überhöhte Temperaturen bei der Entnahme des Fluids auf der Sekundärseite 10 vermieden.

Claims

Wärmetauscher mit einem Gehäuse, das einen primären Einlaßanschluß, einen primären Auslaßanschluß, einen sekundären Einlaßanschluß und einen sekundären Auslaßanschluß aufweist, wobei zwischen dem primären Einlaßanschluß und dem primären Auslaßanschluß ein primärer Strömungspfad einer Primärseite und zwischen dem sekundären Einlaßanschluß und dem sekundären Auslaßanschluß ein sekundärer Strömungspfad einer Sekundärseite angeordnet ist, wobei der primäre Strömungspfad mit dem sekundären Strömungspfad in wärmeübertragender Verbindung steht und der Wärmetauscher mindestens eine Steuerhilfseinrichtung aufweist, die im primären Strömungspfad und im sekundären Strömungspfad angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhilfseinrichtung durch einen Zwischenraum (20) hindurchgeführt ist, der zwischen dem primären Strömungspfad (7) und dem sekundären Strömungspfad (9) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (20) mit einer Umgebung des Gehäuses (2) in Verbindung steht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (20) zumindest teilweise durch das Gehäuse (2) begrenzt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (20) mindestens eine Öffnung (22) aufweist, die im Gehäuse (2) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhilfseinrichtung ein erster Ventilstößel (15) eines ersten Ventils (16) ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (16) im Bereich des sekundären Einlaßanschlusses (5) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Einlaßanschluß (3) einen ersten Ventilsitz (19) des ersten Ventils (16) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (16) eine Membran (17) aufweist, die mit Fluid des sekundären Strömungspfads (9) in Kontakt kommt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilstößel (15) mit der Membran (17) betätigbar ist.
Wärmetauscher einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhilfseinrichtung ein Temperatursensor (26) ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (26) mit dem Zwischenraum (20) über einen Fluidpfad in Verbindung steht.
Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (26) einen Balg (27) aufweist, wobei das Innere des Balgs (27) von einem Sensorraum (28) abgegrenzt ist und das Innere des Balgs (27) mit dem Zwischenraum (20) in Verbindung steht.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (26) mit einem zweiten Ventilstößel (31) eines zweiten Ventils (30) in Verbindung steht.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (30) im Bereich des primären Auslaßanschlusses (4) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Ventil (30) eine Rückstellfeder (32) aufweist, die ein Ventilelement (33) gegen einen zweiten Ventilsitz (34) drückt und dabei den primären Auslaßanschluß (4) verschließt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1,25,35,37) Wärmetauscherplatten (36) aufweist, wobei in einem ersten Bereich (12) die primären und sekundären Strömungspfade (7,9) parallel zueinander angeordnet sind und in einem zweiten Bereich (13) die primären und sekundären Strömungspfade (7,9) diagonal zueinander angeordnet sind.