EP2815196B1 - Heat exchanger for a heating system or a heat supply system - Google Patents

Heat exchanger for a heating system or a heat supply system Download PDF

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EP2815196B1
EP2815196B1 EP13709038.7A EP13709038A EP2815196B1 EP 2815196 B1 EP2815196 B1 EP 2815196B1 EP 13709038 A EP13709038 A EP 13709038A EP 2815196 B1 EP2815196 B1 EP 2815196B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
heat
medium
container
coil
Prior art date
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Active
Application number
EP13709038.7A
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German (de)
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EP2815196A2 (en
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Lubor Chytil
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AZ - Pokorny Trade Sro
Original Assignee
AZ - Pokorny Trade Sro
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Filing date
Publication date
Application filed by AZ - Pokorny Trade Sro filed Critical AZ - Pokorny Trade Sro
Priority to SI201330171A priority Critical patent/SI2815196T1/en
Publication of EP2815196A2 publication Critical patent/EP2815196A2/en
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Publication of EP2815196B1 publication Critical patent/EP2815196B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F28D7/0083—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to a supplementary heat exchange medium, e.g. with interleaved units or with adjacent units arranged in common flow of supplementary heat exchange medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag

Definitions

  • the invention relates to a use of a heat exchanger as a heat sink for a heating system or a cakesumpsssyste according to the preamble of claim 1.
  • a heat exchanger is, for example, from DE 3 519 315 A1 known.
  • Heating systems or heat supply systems often use renewable energy sources. Therefore, there is often a need to provide a medium adapted to the conditions of the connected consumer from the media arriving with different parameters in terms of quantity and medium temperature.
  • the various heat sources may be, for example, conventional boilers, thermal solar collectors, geothermal probes, or the like.
  • Heat sinks are commonly used for this task, and heat transfer between the media is achieved by means of separate conduit circuits.
  • the general task for this application is that of incoming heat in the shortest possible time a heated heating medium is generated, which corresponds to the requirements in terms of media temperature and quantity.
  • circuits must be kept separate from other circuits.
  • the circuit of a solar thermal collector contains a frost-proof medium, while in the circuit of a boiler is not necessary.
  • line circuit for heating purposes and a line circuit for process water, which have drinking water quality and therefore must be fed with fresh water.
  • the above-described objects has to provide a heat exchanger as a central element.
  • a tubular heat exchanger could be considered.
  • Known heat exchanger of this type such as in DE 36 41 139 C2 described, but are not suitable because of their inertia.
  • the volume ratio can be designed so that no unnecessary storage volume occurs in such a heat exchanger and, moreover, the separator surface is enlarged by using corrugated pipes.
  • This type of air-water heat exchanger is not suitable for use as a heat sink in heat supply systems, since it encloses the exhaust pipe for the recovery of heat from exhaust gases of a boiler and is not designed for operation with two liquid media.
  • the heat exchanger sets in within a short period of time and loses considerably in terms of efficiency, throughput and dynamics.
  • plate heat exchangers For plate heat exchangers, the calcification in the section serving the service water supply, which is constantly filled with fresh water, is unavoidable. A dry cleaning added plate heat exchanger ultimately leads to material damage and thus to a shortened life of the same. For the above reasons, plate heat exchangers are rarely used in heat supply systems.
  • a torus consisting of cold water forms, which permanently disturbs the temperature conditions within the combi store when it sinks.
  • the medium usually supplied with the highest temperature of a solar thermal collector is supplied with its own heat exchanger within the combination storage and the same arranged in both cases on the container bottom.
  • the heat exchange takes place with the cold medium present in the lower chamber, while in the Spiro combi tank from FEURON AG, a narrow spiral wound heat exchanger is additionally enclosed in a separate housing and the rise is preferred with a riser channel of the heated medium should take place in the upper region of the combination storage.
  • the object is achieved with a heat exchanger in the design of a tubular heat exchanger. This is designed so that its container volume is filled with the first medium and a second medium flows through a likewise arranged in the container tube coil.
  • the heat exchanger achieves a conversion efficiency of at least 90 percent, based on the amounts of heat supplied to the first medium and those discharged with the second medium, under the temperature conditions existing in heat supply systems.
  • the invention achieves that the container of the heat exchanger is always filled with a sufficient amount of heated first medium. If a heat requirement arises, the second medium flows through the coil and there is an intense heat exchange.
  • a tube coil which consists of a thin-walled corrugated tube.
  • Such type corrugated pipes have wall thicknesses in the range of a few tenths of a millimeter. The pipe wall thus forms an extremely thin separator, through which an intensive heat transfer can be achieved.
  • stainless steel corrugated pipes are used for the coil.
  • the reduced heat transfer in stainless steels is compensated by the small wall thickness.
  • the helically wound coil of a corrugated tube causes the transition to a turbulent flow even at a comparatively low flow velocity, whereby the exchange process is intensified to a considerable extent.
  • the coil can move in the container to a limited extent, for example as a result of thermal expansion. As a result, and due to the predominantly turbulent flows, no deposits can form in the area of the separator.
  • the container of the heat exchanger preferably has a cylindrical shape. Its length can be up to 6 times the diameter.
  • the comparatively small container volume causes the first medium to be constantly fed again and therefore also has a high flow velocity in the container. So also occurs on this page the separator a largely turbulent flow and the exchange process is additionally intensified.
  • the heat exchanger according to the invention can thus at a relatively low volume of about 60 I, an inlet temperature of the first medium of about 90 ° C, a flow rate of the first and second medium of about 3000 l / h and a temperature gradient of about 40 ° C a specific Achieve output of 750 W per 100 cm 2 separator area.
  • the performance parameters of the heat exchangers according to the invention reach those of plate heat exchangers.
  • the heat exchanger according to the invention so that the coil is fanned in the container interior to a multiple arrangement.
  • the volume ratios between the first and second medium in the heat exchanger in favor of the second medium can be influenced.
  • the plurality of pipe coils can either be guided with their individual ports to the outside and connected outside the container or branched within the container.
  • one of the tube coils can also be connected to a further heat source.
  • one of the coils may be connected to a circuit of a heat supply system which requires a different temperature level.
  • a preferred embodiment is that at least one second coil serves to connect a third medium from a heat source or from a heat consumer to the heat exchanger when the third medium may not be mixed with the first or the second medium due to special properties.
  • a heat supply system in which the heat exchanger according to the invention is used, it may be provided with a coil for the service water supply, so that the provision of hot water can be made possible in this way.
  • the heat exchanger may be provided with an electrically operated heating cartridge, which can take over either a supply of heat or only the assurance of frost protection.
  • the surface serving for heat exchange increases, hence the so-called separator surface. Furthermore, the second medium to be heated in the coil undergoes a turbulent flow through the profiled wall, which intensifies the heat exchange.
  • the heat exchanger is designed so that it has the lowest possible inertia in heat transfer based on the heat demand in the heating circuit.
  • the heat exchanger is designed to have a conversion efficiency of at least 90 percent.
  • the heat exchanger 1 consists at least of a container 2, an insulation 3 surrounding the container 2 and a tube coil 4.
  • the coil 4 is connected with its guided outward terminals 5 and 6 with a line circuit in which there are heat consumers.
  • the first medium In the interior 7 of the container 2 is the first medium, wherein the container 2 is connected via the terminals 8 and 9 with the first line circuit, are arranged in the heat generator.
  • Heat generators can be thermal solar collectors, heat pumps, boilers, geothermal probes or facilities that recover process heat.
  • a second tube coil 10 and a third coil 11 may be arranged, which may also be connected with their terminals 12 and 13 and 14 and 15 with heat consumers.
  • the coils 4, 10 and 11 may be connected to one and the same circuit. You can also feed different circuits with a heated medium.
  • only one coil 4 is arranged in the heat exchanger 1 .
  • the effectively conducted exchange process also causes a target temperature of 50 ° C in the second medium to be reached in one-tenth of the time required by a combi store known in the art.
  • the extremely low inertia of the heat exchanger 1 is achieved in addition to the measures already mentioned above, characterized in that the separator surface realized with the coil 4 has a value between 150 cm 2 - 700 cm 2 per liter of container volume.
  • the coils 4, 10 and 11 may be designed as helical coils, as helical coils or as a combination of both forms.
  • connection 16 it is also possible to carry out the connection 16 only between two of the existing coils 4, 10 and 11 , while the remaining coil is assigned to a separate line circuit. This is, for example, the preferred variant if, in addition to the heating or heat supply system, a process water treatment must take place.
  • the interconnection of the coils 4, 10 and 11 may also be performed in the interior 7 of the container 2 with a connection 17 .
  • the interconnection is carried out in the area enclosed by the insulation 3 and there are only the terminals of the coil 4 out through the insulation to the outside. This creates an effective heat exchanger with a large separator surface.
  • such a heat exchanger forms the possibility of designing various embodiments in the manner of a modular system and thus of adapting it to specific conditions of use.
  • the arrangement described above can be carried out by known means as a standing or as a hanging arrangement or as a combination of both possibilities
  • the insulation 3 of the heat exchanger 1 can be designed according to the criteria of optimal energy utilization. It may further include conduits, valves and circulation pumps. Likewise, it can be designed removable.
  • the invention thus has the advantage of proposing heat exchangers for heating or heat supply systems which operate efficiently, whose dimensions are small, which can provide low inertia heated media and otherwise can be produced inexpensively and with low material and manufacturing costs.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Wärmetauschers als Wärmesenke für eine Heizungsanlage oder ein Wärmeversorgungssyste gemäß dem, Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Wärmatauscher ist zum Beispiel aus der DE 3 519 315 A1 bekannt.The invention relates to a use of a heat exchanger as a heat sink for a heating system or a Wärmeversorgungssyste according to the preamble of claim 1. Such a heat exchanger is, for example, from DE 3 519 315 A1 known.

In Heizungsanlagen oder Wärmeversorgungssystemen wird häufig auf erneuerbare Energiequellen zurückgegriffen. Deshalb besteht oft die Notwendigkeit, aus den mit unterschiedlichen Parametern hinsichtlich Menge und Medientemperatur ankommenden Medien ein an die Bedingungen angeschlossener Verbraucher angepasstes Medium bereitzustellen. Die verschiedenen Wärmequellen können zum Beispiel konventionelle Heizkessel, thermische Solarkollektoren, Erdwärmesonden oder ähnliches sein.Heating systems or heat supply systems often use renewable energy sources. Therefore, there is often a need to provide a medium adapted to the conditions of the connected consumer from the media arriving with different parameters in terms of quantity and medium temperature. The various heat sources may be, for example, conventional boilers, thermal solar collectors, geothermal probes, or the like.

Für diese Aufgabe werden gewöhnlich Wärmesenken eingesetzt und mit Hilfe von getrennten Leitungskreisen eine Wärmeübertragung zwischen den Medien erreicht. Die allgemeine Aufgabenstellung für diesen Einsatzfall ist dabei, dass aus ankommenden Wärmemengen in möglichst kurzer Zeit ein aufgeheiztes Heizmedium erzeugt wird, das hinsichtlich Medientemperatur und Menge den Anforderungen entspricht.Heat sinks are commonly used for this task, and heat transfer between the media is achieved by means of separate conduit circuits. The general task for this application is that of incoming heat in the shortest possible time a heated heating medium is generated, which corresponds to the requirements in terms of media temperature and quantity.

Seit langem ist bekannt, dass auf der Seite der Energiegewinnung deutliche Unterschiede bei den Medienparametern bestehen. So liefern konventionelle Heizkessel Medien mit Temperaturen von 40° C und mehr. Solarthermische Kollektoren benötigen einen eigenen Medienkreislauf. Erdwärmesonden liefern Medien mit Temperaturen zwischen 30° C und mehr als 100° C. Auf der Verbraucherseite kann ein Heizungskreis Temperaturen zwischen 35° C und 80° C verlangen, während Brauchwasser mit Temperaturen von mehr als 55° C bereitgestellt werden muss.For a long time it has been known that on the side of energy production there are significant differences in the media parameters. For example, conventional boilers supply media with temperatures of 40 ° C and more. Solar thermal collectors require their own media circulation. Geothermal probes provide media with temperatures between 30 ° C and more than 100 ° C. On the consumer side, a heating circuit may require temperatures between 35 ° C and 80 ° C, while service water at temperatures above 55 ° C must be provided.

Es kommt hinzu, dass bestimmte Leitungskreise von anderen Leitungskreisen getrennt bleiben müssen. So enthält beispielsweise der Leitungskreis eines thermischen Solarkollektors ein frostsicheres Medium, während das im Leitungskreis eines Heizkessels nicht nötig ist. Verbraucherseitig bestehen gleichfalls Unterschiede zwischen einem Leitungskreis für Heizungszwecke und einem Leitungskreis für Brauchwasser, der Trinkwasserqualität haben und deshalb mit Frischwasser gespeist werden muss.In addition, certain circuits must be kept separate from other circuits. For example, the circuit of a solar thermal collector contains a frost-proof medium, while in the circuit of a boiler is not necessary. On the consumer side, there are also differences between a line circuit for heating purposes and a line circuit for process water, which have drinking water quality and therefore must be fed with fresh water.

Da ein Zusammenführen der unterschiedlichen Medien mit den ebenso unterschiedlichen Wärmeinhalten nicht möglich und ebenso eine direkte Weiterleitung bestimmter Medien in angeschlossene Heizungssysteme ausgeschlossen ist, werden in Wärmeversorgungssystemen die primären Energiequellen in einer so genannten Wärmesenke zusammengefasst und in dieser ein Wärmeaustausch von den primären Medien in ein sekundäres Medium ausgeführt. Für den Ausgleich stark variierender Wärmemengen wird sekundärseitig ein größeres Flüssigkeitsvolumen vorgesehen.Since merging the different media with the equally different heat contents is not possible and also a direct transmission of certain media is excluded in connected heating systems, in heat supply systems, the primary energy sources in a so-called heat sink summarized and in this a heat exchange from the primary media into a secondary Medium executed. To compensate for strongly varying amounts of heat, a larger volume of liquid is provided on the secondary side.

Die oben beschriebenen Aufgaben hat ein Wärmetauscher als zentrales Element zu leisten.The above-described objects has to provide a heat exchanger as a central element.

Dafür könnte beispielsweise ein Röhrenwärmetauscher in Betracht kommen. Bekannte Wärmetauscher dieser Art, wie beispielsweise der in DE 36 41 139 C2 beschriebene, sind jedoch wegen ihrer Trägheit nicht geeignet.For example, a tubular heat exchanger could be considered. Known heat exchanger of this type, such as in DE 36 41 139 C2 described, but are not suitable because of their inertia.

Bei einer Bauart eines Rohrbündelwärmetauschers gemäß DE 35 19 315 A1 lässt sich das Volumenverhältnis so gestalten, dass kein unnötiges Speichervolumen in einem solchen Wärmetauscher auftritt und im Übrigen die Separatorfläche durch Verwendung von Wellrohren vergrößert ist. Diese Art eines Luft-Wasser-Wärmetauschers ist nicht für einen Einsatz als Wärmesenke in Wärmeversorgungssystemen geeignet, da er für die Rückgewinnung von Wärmemengen aus Abgasen eines Heizkessels dessen Abgasrohr umschließt und nicht für einen Betrieb mit zwei flüssigen Medien ausgelegt ist.In a type of shell and tube heat exchanger according to DE 35 19 315 A1 the volume ratio can be designed so that no unnecessary storage volume occurs in such a heat exchanger and, moreover, the separator surface is enlarged by using corrugated pipes. This type of air-water heat exchanger is not suitable for use as a heat sink in heat supply systems, since it encloses the exhaust pipe for the recovery of heat from exhaust gases of a boiler and is not designed for operation with two liquid media.

Diese Aufgaben lassen sich mit einem hoch effektiven Plattenwärmetauscher lösen. Jedoch haben diese aufgrund ihrer Bauart in Wärmeversorgungssystemen erhebliche Nachteile. So besteht in Gebieten mit einem Trinkwasseraufkommen mit großer Härte die Notwendigkeit, die Betriebsmedien der Wärmeversorgungsanlage mit chemisch- physikalischen Methoden aufzubreiten. Letztlich ist dies auch notwendig bei nur geringen Nachfüllmengen.These tasks can be solved with a highly effective plate heat exchanger. However, these have considerable disadvantages due to their design in heat supply systems. Thus, in areas with a high concentration of drinking water, there is a need to spread the operating media of the heat supply system using chemical-physical methods. Ultimately, this is also necessary with only small refills.

Erfolgt keine Aufbereitung des Mediums, setzt sich innerhalb kurzer Zeiträume der Wärmetauscher zu und verliert dabei erheblich an Wirkungsgrad, Durchsatz und Dynamik.If no treatment of the medium takes place, the heat exchanger sets in within a short period of time and loses considerably in terms of efficiency, throughput and dynamics.

Nicht zu vermeiden ist bei Plattenwärmetauschern die Verkalkung in dem der Brauchwasserversorgung dienenden Abschnitt, der ständig mit Frischwasser befüllt wird. Eine chemische Reinigung zugesetzter Plattenwärmetauscher führt letztlich zur Materialschädigung und damit zu einer verkürzten Lebensdauer desselben. Aus den vorgenannten Gründen werden Plattenwärmetauscher in Wärmeversorgungsanlagen nur selten eingesetzt.For plate heat exchangers, the calcification in the section serving the service water supply, which is constantly filled with fresh water, is unavoidable. A dry cleaning added plate heat exchanger ultimately leads to material damage and thus to a shortened life of the same. For the above reasons, plate heat exchangers are rarely used in heat supply systems.

Um die bei Plattenwärmetauschern geschilderten Probleme zu vermeiden, werden in Wärmeversorgungssystemen so genannte Kombispeicher mit einem großen Behälter und einer darin angeordneten Rohrschlange ausgeführt. Diese haben ein vergleichsweise großes Speichervolumen bei einer zugleich kleinen Separatorfläche des Wärmetauschers. Bedingt durch im Kombispeicher zwangsläufig entstehende Wärmeschichtungen ergibt sich in diesen ein Temperaturgefälle von oben nach unten.In order to avoid the problems described in plate heat exchangers, in heat supply systems so-called combined storage with a large container and a pipe arranged therein run. These have a comparatively large storage volume with a small separator area of the heat exchanger at the same time. Due to the inevitable in the combination storage thermal coatings results in these a temperature gradient from top to bottom.

Wird in einem solchen Kombispeicher das Gleichgewicht durch Entnahme von Wärmemengen gestört, erfolgt dies naturgemäß über im Kombispeicher oben angeordnete Entnahmemöglichkeiten, wodurch im oberen Bereich des Kombispeichers eine deutliche Abkühlung eintritt. Das abgekühlte Medium beginnt sich nach unten zu bewegen und vermischt sich mit kälteren Schichten, sodass letztlich eine Mischtemperatur erzeugt wird, die möglicherweise keine Entnahme von Wärmemengen mehr zulässt.If the equilibrium is disturbed by removal of heat in such a combination storage, this naturally takes place via removal possibilities arranged at the top in the combination storage tank, as a result of which significant cooling occurs in the upper area of the combination storage tank. The cooled medium begins to move downwards and mixes with colder layers, eventually creating a mixing temperature that may not allow for heat removal.

Bei einigen Kombispeichern bildet sich ein aus Kaltwasser bestehender Torus, der beim Absinken die Temperaturverhältnisse innerhalb des Kombispeichers nachhaltig stört.In some combi storages, a torus consisting of cold water forms, which permanently disturbs the temperature conditions within the combi store when it sinks.

Dieser nachteilige Effekt wird bei verschiedenen Herstellern solcher Kombispeicher durch den Einbau von Querschotten und Überströmkanälen in den Kombispeicher zu vermeiden versucht. So ist bei einer bekannten Anlage CTC Eco Zenith I 550 der Firma CTC AB, 341 26 Ljungby, Schweden, in einem solchen Kombispeicher ein Querschott eingebaut, das jeweils mit einem mehrfach gelochten Überströmkanal sowohl im oberen als auch im unteren Bereich versehen ist.This disadvantageous effect is attempted to be avoided by various manufacturers of such combi storage by the installation of transverse bulkheads and overflow into the combi storage. Thus, in a known system CTC Eco Zenith I 550 CTC AB, 341 26 Ljungby, Sweden, installed in such a combi storage a transverse bulkhead, which is provided in each case with a multi-hole overflow channel both in the upper and in the lower area.

Bei dem Spiro-Kombispeicher der Firma FEURON AG, 9430 St. Margrethen, Schweiz, wird wiederum mit einem über das gesamte Volumen des Kombispeichers verteilt geführten Spiralwärmetauscher versucht, eine Schichtung des Mediums entsprechend der naturgegebenen Temperaturschichten möglichst lange beizubehalten.In the spiro combination storage of the company FEURON AG, 9430 St. Margrethen, Switzerland, in turn with a distributed over the entire volume of the combined storage spiral heat exchanger tries to maintain a stratification of the medium according to the natural temperature layers as long as possible.

In beiden oben beschriebenen Kombispeichern wird das zumeist mit der höchsten Temperatur zugeführte Medium eines solarthermischen Kollektors mit einem eigenen Wärmetauscher innerhalb des Kombispeichers zugeführt und derselbe in beiden Fällen am Behälterboden angeordnet. Beim Kombispeicher der CTC Eco Zenith I 550 Anlage erfolgt der Wärmetausch mit dem in der unteren Kammer vorhandenen kalten Medium, während beim Spiro-Kombispeicher der Firma FEURON AG zusätzlich ein enger spiralförmig gewundener Wärmetauscher in einem gesonderten Gehäuse eingeschlossen ist und mit einem Steigkanal bevorzugt das Ansteigen des erwärmten Mediums in den oberen Bereich des Kombispeichers erfolgen soll.In both combi stores described above, the medium usually supplied with the highest temperature of a solar thermal collector is supplied with its own heat exchanger within the combination storage and the same arranged in both cases on the container bottom. In the combined storage tank of the CTC Eco Zenith I 550 system, the heat exchange takes place with the cold medium present in the lower chamber, while in the Spiro combi tank from FEURON AG, a narrow spiral wound heat exchanger is additionally enclosed in a separate housing and the rise is preferred with a riser channel of the heated medium should take place in the upper region of the combination storage.

Beide Systeme haben den Nachteil, dass sie mit großen Volumina arbeiten und einen komplizierten inneren Aufbau haben. Die unweigerlich entstehende Temperaturschichtung und die technischen Vorkehrungen zum Unterbinden ungewollter Mischvorgänge machen zugleich die Kombispeicher in ihrem Verhalten träge. Der technische Aufwand und damit die Herstellungskosten sind hoch.Both systems have the disadvantage that they work with large volumes and have a complicated internal structure. The inevitable resulting temperature stratification and the technical precautions to prevent unwanted At the same time, mixing processes make the combo memories sluggish in their behavior. The technical effort and thus the production costs are high.

Für die Sicherstellung eines Wärmeaustauschs mit geringer Trägheit ist es aber unerlässlich, einen hoch effektiven Wärmeaustausch sicherzustellen.However, to ensure heat exchange with low inertia, it is essential to ensure highly efficient heat exchange.

Beim Spiro-Kombispeicher der Firma FEURON AG ist dafür eine Rohrschlange vorgesehen, die in Wellrohr ausgeführt ist und entsprechend der technischen Beschreibung dieses Kombispeichers im Inneren der Wellrohrleitung eine turbulente Strömung für einen effektiven Wärmeaustausch erzeugen soll. Ein effektiver Wärmeaustausch kann jedoch nicht erreicht werden, da das das Wellrohr umgebende Medium keine turbulente Strömung hat und besondere Vorkehrungen zur Erreichung dieser Strömungsform nicht vorhanden sind.In the Spiro combi tank from FEURON AG, a coil is provided for this, which is designed in corrugated pipe and according to the technical description of this combi storage inside the corrugated pipe to generate a turbulent flow for effective heat exchange. However, an effective heat exchange can not be achieved because the medium surrounding the corrugated tube has no turbulent flow and special precautions to achieve this flow form are not available.

Deshalb besteht ein Bedürfnis, die Kombispeicher durch Wärmetauscher zu ersetzen, die mit deutlich verringerter Trägheit den Austausch von Wärmemengen zwischen einem primären und einem sekundären Medium ermöglichen, jedoch gleichzeitig die bei den oben beschriebenen Plattenwärmetauschern vorhandene Störanfälligkeit vermeiden. Bisher bekannte Einsatzbedingungen mit ihren unterschiedlichen Temperaturbereichen müssen dabei ebenso berücksichtigt werden.Therefore, there is a need to replace the combination storage by heat exchangers, which allow the exchange of amounts of heat between a primary and a secondary medium with significantly reduced inertia, while avoiding the existing in the plate heat exchangers described above susceptibility. Previously known conditions of use with their different temperature ranges must be taken into account as well.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung für die Wärmesenke einer Heizungsanlage oder eines Wärmeversorgungssystems vorzuschlagen, der die Nachteile der im Stand der Technik üblichen Kombispeicher nicht hat, eine hohe Übertragungsleistung bei geringem Volumen hat, der von ankommenden Medien aus primären Leitungskreisen die Wärmemengen ohne große Trägheit auf ein ebenso im Wärmetauscher vorhandenes sekundäres Medium überträgt und somit eine schnelle Reaktion auf wechselnden Wärmebedarf ermöglicht, haltbar ist und außerdem einfach und kostengünstig aufgebaut werden kann, damit zugleich die Gesamtkosten für Heizungsanlagen bzw. Wärmeversorgungssysteme senkt und im übrigen den Wärmeausnutzungsgrad solcher Anlagen verbessert.It is therefore an object of the invention to propose a use for the heat sink of a heating system or a heat supply system, which does not have the disadvantages of conventional combi storage in the art, has a high transmission capacity at low volume, of incoming media from primary circuits the amounts of heat without large inertia on a likewise present in the heat exchanger secondary medium transfers and thus allows a quick response to changing heat demand is durable and also can be easily and inexpensively built, so that at the same time the total cost of heating systems or heat supply systems lowers and improves the heat efficiency of such systems ,

In der nachstehenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Patentansprüchen werden die nachstehend aufgeführten Begriffe mit folgendem Bedeutungsinhalt verwendet:

  • Wärmetauscher - ist ein Röhrenwärmetauscher mit wenigstens einer in einem Behälter angeordneten Rohrschlange und nach außen geführten Anschlüssen für die Rohrschlange und den Behälterinnenraum.
  • Rohrschlange - ist ein schrauben- und/oder spiralförmig gewundenes Rohr, dessen Steigung gleichmäßig oder in verschiedenen Bereichen unterschiedlich sein kann.
  • Rohr - ist ein metallisches Rohr mit einer profilierten Wandung, bevorzugt ein Wellrohr mit einer parallelen oder einer schraubenförmig verlaufenden Wellung.
  • Separator - ist eine feste und für Flüssigkeiten undurchlässige Trennwand zwischen verschiedenen Medien. Er wird durch die Rohrwandung gebildet.
  • Medium - ist ein Fluid, das Wärmemengen enthalten und transportieren kann.
  • Erstes Medium - ist ein Fluid, das durch beliebige Wärmequellen erwärmt werden kann und in einem Wärmetauscher diese Wärmemengen an ein zweites Medium überträgt.
  • Zweites Medium - ist ein Fluid, das in einem Wärmetauscher vom ersten Medium Wärmemengen übernimmt und diese zu im System vorhandenen Verbrauchern oder zu Speichereinheiten transportiert.
In the following description, embodiments and claims, the following terms are used with the following meaning:
  • Heat exchanger - is a tube heat exchanger with at least one arranged in a container tube coil and outwardly guided connections for the coil and the container interior.
  • Coil - is a helical and / or spiral wound pipe whose pitch may be uniform or different in different areas.
  • Tube - is a metallic tube with a profiled wall, preferably a corrugated tube with a parallel or a helical corrugation.
  • Separator - is a solid and liquid impermeable partition between different media. It is formed by the pipe wall.
  • Medium - is a fluid that can contain and transport heat.
  • First medium - is a fluid that can be heated by any heat sources and in a heat exchanger transfers these amounts of heat to a second medium.
  • Second medium - is a fluid that takes in a heat exchanger from the first medium quantities of heat and transports them to existing consumers in the system or storage units.

Die oben stehende Aufgabe wird gelöst mit einer verwendung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes dieses Patentanspruches. Neben- und nachgeordnete Patentansprüche beschreiben Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.The above object is achieved with a use with the features of the characterizing part of claim 1 in conjunction with the features of the preamble of this claim. Secondary and subordinate claims describe embodiments of the heat exchanger according to the invention.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe mit einem Wärmetauscher in der Bauart eines Röhrenwärmetauschers erfüllt. Dieser ist so ausgelegt, dass sein Behältervolumen mit dem ersten Medium ausgefüllt ist und ein zweites Medium durch eine gleichfalls im Behälter angeordnete Rohrschlange strömt.According to the invention, the object is achieved with a heat exchanger in the design of a tubular heat exchanger. This is designed so that its container volume is filled with the first medium and a second medium flows through a likewise arranged in the container tube coil.

Damit wird erreicht, dass stets eine ausreichend große Menge an aufgeheiztem erstem Medium vorhanden ist und das Wärmemengen abtransportierende zweite Medium diese Wärmemengen nach Bedarf und in kurzer Zeit sowie mit einem großen Förderstrom übernehmen kann.This ensures that always a sufficiently large amount of heated first medium is present and the amount of heat transporting away second medium can take over these amounts of heat as needed and in a short time and with a large flow.

Der Wärmetauscher erreicht dabei einen Umwandlungswirkungsgrad von wenigstens 90 Prozent, bezogen auf die mit dem ersten Medium zugeführten und die mit dem zweiten Medium abgeführten Wärmemengen unter den in Wärmeversorgungssystemen bestehenden Temperaturverhältnissen.The heat exchanger achieves a conversion efficiency of at least 90 percent, based on the amounts of heat supplied to the first medium and those discharged with the second medium, under the temperature conditions existing in heat supply systems.

Um dies zu erreichen, hat der Wärmetauscher wenigstens folgende Parameter:

  • Es wird ein Verhältnis der Volumina des Behälters und des Volumens der Rohrschlange angestrebt, das bei einem Wert von 5 oder darunter liegt.
  • Der Behälter des Wärmetauschers ist stark wärmegedämmt.
  • Die Rohrschlange besteht aus einem metallischen Werkstoff.
  • Die Wandstärke des Rohres der Rohrschlange ist sehr gering.
  • Die Rohrschlange ist in begrenztem Umfang im Behälter beweglich.
  • Die Behälterform ist so gewählt, dass eine geringe Oberfläche des Behälters vorhanden ist.
To achieve this, the heat exchanger has at least the following parameters:
  • The aim is a ratio of the volumes of the container and the volume of the coil, which is at a value of 5 or less.
  • The container of the heat exchanger is very thermally insulated.
  • The coil is made of a metallic material.
  • The wall thickness of the tube of the coil is very low.
  • The coil is movable to a limited extent in the container.
  • The container shape is chosen so that a small surface of the container is present.

Mit den oben beschriebenen Maßnahmen wird erfindungsgemäß erreicht, dass der Behälter des Wärmetauschers stets mit einer ausreichenden Menge an erwärmtem erstem Medium gefüllt ist. Entsteht ein Wärmebedarf, strömt das zweite Medium durch die Rohrschlange und es findet ein intensiver Wärmeaustausch statt.With the measures described above, the invention achieves that the container of the heat exchanger is always filled with a sufficient amount of heated first medium. If a heat requirement arises, the second medium flows through the coil and there is an intense heat exchange.

Besonders bevorzugt wird hierbei eine Rohrschlange, die aus einem dünnwandigen Wellrohr besteht. Solcher Art Wellrohre haben Wandstärken im Bereich von wenigen zehntel Millimetern. Die Rohrwandung bildet also einen extrem dünnen Separator, durch den ein intensiver Wärmeübergang erreicht werden kann.Particularly preferred in this case is a tube coil, which consists of a thin-walled corrugated tube. Such type corrugated pipes have wall thicknesses in the range of a few tenths of a millimeter. The pipe wall thus forms an extremely thin separator, through which an intensive heat transfer can be achieved.

Erfindungsgemäß werden Edelstahlwellrohre für die Rohrschlange verwendet. Der verminderte Wärmedurchgang bei Edelstählen wird durch die geringe Wandstärke kompensiert.According to the invention stainless steel corrugated pipes are used for the coil. The reduced heat transfer in stainless steels is compensated by the small wall thickness.

Die schraubenförmig gewickelte Rohrschlange aus einem Wellrohr bewirkt bereits bei einer vergleichsweise geringen Strömungsgeschwindigkeit den Übergang in eine turbulente Strömung, wodurch der Austauschprozess in erheblichem Maße intensiviert wird.The helically wound coil of a corrugated tube causes the transition to a turbulent flow even at a comparatively low flow velocity, whereby the exchange process is intensified to a considerable extent.

Die Rohrschlange kann sich im Behälter in begrenztem Umfang bewegen, beispielsweise in Folge von Wärmedehnung. Dadurch und durch die überwiegend turbulenten Strömungen können sich im Bereich des Separators keine Ablagerungen bilden.The coil can move in the container to a limited extent, for example as a result of thermal expansion. As a result, and due to the predominantly turbulent flows, no deposits can form in the area of the separator.

Der Behälter des Wärmetauschers hat bevorzugt eine zylindrische Form. Dessen Länge kann bis zum 6-fachen des Durchmessers betragen.The container of the heat exchanger preferably has a cylindrical shape. Its length can be up to 6 times the diameter.

Das vergleichsweise geringe Behältervolumen bewirkt andererseits, dass auch das erste Medium ständig neu zugeführt werden muss und deshalb im Behälter ebenfalls eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hat. So tritt auch auf dieser Seite des Separators eine weitgehend turbulente Strömung auf und der Austauschprozess ist zusätzlich intensiviert.On the other hand, the comparatively small container volume causes the first medium to be constantly fed again and therefore also has a high flow velocity in the container. So also occurs on this page the separator a largely turbulent flow and the exchange process is additionally intensified.

Mit den oben beschriebenen Maßnahmen wird verhindert, dass im Inneren des Behälters eine Schichtung des ersten Mediums nach der Temperatur entstehen kann. Damit werden Tori im ersten und Temperaturschwankungen im zweiten Medium weitgehend verhindert.The measures described above prevent a layering of the first medium after the temperature inside the container. Tori in the first and temperature fluctuations in the second medium are thus largely prevented.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann so bei einem vergleichsweise geringen Volumen von etwa 60 I, einer Eingangstemperatur des ersten Mediums von etwa 90° C, einem Volumenstrom des ersten und zweiten Medium von jeweils etwa 3000 l/h und einem Temperaturgradienten von etwa 40° C eine spezifische Leistung von 750 W je 100 cm2 Separatorfläche erreichen.The heat exchanger according to the invention can thus at a relatively low volume of about 60 I, an inlet temperature of the first medium of about 90 ° C, a flow rate of the first and second medium of about 3000 l / h and a temperature gradient of about 40 ° C a specific Achieve output of 750 W per 100 cm 2 separator area.

Damit erreichen die Leistungsparameter der erfindungsgemäßen Wärmetauscher die von Plattenwärmetauschern.Thus, the performance parameters of the heat exchangers according to the invention reach those of plate heat exchangers.

Es ist weiterhin möglich, den erfindungsgemäßen Wärmetauscher so auszuführen, dass die Rohrschlange im Behälterinneren zu einer Mehrfachanordnung aufgefächert wird. Damit lassen sich die Volumenverhältnisse zwischen erstem und zweitem Medium im Wärmetauscher zugunsten des zweiten Mediums beeinflussen. Die Mehrzahl an Rohrschlangen kann dabei entweder mit ihren einzelnen Anschlüssen nach außen geführt und außerhalb des Behälters verbunden oder innerhalb des Behälters verzweigt sein.It is also possible to carry out the heat exchanger according to the invention so that the coil is fanned in the container interior to a multiple arrangement. Thus, the volume ratios between the first and second medium in the heat exchanger in favor of the second medium can be influenced. The plurality of pipe coils can either be guided with their individual ports to the outside and connected outside the container or branched within the container.

Im Fall, dass im Behälter mehr als eine Rohrschlange angeordnet sind und deren Anschlüsse nach außen geführt sind, kann eine der Rohrschlangen auch mit einer weiteren Wärmequelle verbunden sein.In the event that more than one tube coil are arranged in the container and their connections are led to the outside, one of the tube coils can also be connected to a further heat source.

Ebenso kann eine der Rohrschlangen mit einem Kreis eines Wärmeversorgungssystems verbunden sein, der ein anderes Temperaturniveau verlangt.Likewise, one of the coils may be connected to a circuit of a heat supply system which requires a different temperature level.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass wenigstens eine zweite Rohrschlange dazu dient, ein drittes Medium von einer Wärmequelle oder von einem Wärmeverbraucher an den Wärmetauscher anzuschließen, wenn das dritte Medium aufgrund besonderer Eigenschaften nicht mit dem ersten oder dem zweiten Medium vermischt werden darf.A preferred embodiment is that at least one second coil serves to connect a third medium from a heat source or from a heat consumer to the heat exchanger when the third medium may not be mixed with the first or the second medium due to special properties.

Abhängig von der konkreten Ausgestaltung eines Wärmeversorgungssystems, in dem der erfindungsgemäße Wärmetauscher zum Einsatz kommt, kann dieser mit einer Rohrschlange für die Brauchwasserversorgung versehen sein, sodass auf diese Weise die Bereitstellung von Warmwasser ermöglicht werden kann.Depending on the specific embodiment of a heat supply system in which the heat exchanger according to the invention is used, it may be provided with a coil for the service water supply, so that the provision of hot water can be made possible in this way.

Ebenso abhängig von der Ausgestaltung eines Wärmeversorgungssystems, in dem der erfindungsgemäße Wärmetauscher zum Einsatz kommt, kann dieser mit einer elektrisch betriebenen Heizpatrone versehen sein, die entweder eine Versorgung mit Wärmemengen oder lediglich die Sicherstellung des Frostschutzes übernehmen kann.Also, depending on the configuration of a heat supply system in which the heat exchanger according to the invention is used, it may be provided with an electrically operated heating cartridge, which can take over either a supply of heat or only the assurance of frost protection.

Durch die profilierte Wandung der Rohrschlange vergrößert sich einerseits die dem Wärmeaustausch dienende Fläche, mithin die sogenannte Separatorfläche. Weiterhin erfährt das aufzuheizende zweite Medium in der Rohrschlange durch die profilierte Wandung eine turbulente Strömung, die den Wärmeaustausch intensiviert.Due to the profiled wall of the coil, on the one hand, the surface serving for heat exchange increases, hence the so-called separator surface. Furthermore, the second medium to be heated in the coil undergoes a turbulent flow through the profiled wall, which intensifies the heat exchange.

Nach der Erfindung wird der Wärmetauscher so ausgeführt, dass er bezogen auf den Wärmebedarf im Heizungskreis die geringst mögliche Trägheit beim Wärmeübergang hat. Um dies zu erreichen, wird der Wärmetauscher so ausgelegt, dass er einen Umwandlungs- Wirkungsgrad von wenigstens 90 Prozent hat.According to the invention, the heat exchanger is designed so that it has the lowest possible inertia in heat transfer based on the heat demand in the heating circuit. To achieve this, the heat exchanger is designed to have a conversion efficiency of at least 90 percent.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 -
Eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
Fig. 2 -
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, bei der alle Rohrschlangen parallel geschaltet sind.
Fig. 3 -
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, bei der alle Rohrschlangen innerhalb des Wärmetauschers parallel geschaltet sind.
The invention will be explained in more detail below with reference to some embodiments and drawings. Showing:
Fig. 1 -
A schematic representation of the heat exchanger according to the invention.
Fig. 2 -
An embodiment of the heat exchanger according to the invention, in which all the coils are connected in parallel.
Fig. 3 -
An embodiment of the heat exchanger according to the invention, in which all the coils are connected in parallel within the heat exchanger.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 besteht wenigstens aus einem Behälter 2, einer den Behälter 2 umgebenden Isolierung 3 und einer Rohrschlange 4. The heat exchanger 1 according to the invention consists at least of a container 2, an insulation 3 surrounding the container 2 and a tube coil 4.

Entgegen der Ausführungsform aus dem Stand der Technik bekannter Wärmetauscher für Heizungsanlagen oder Wärmeversorgungssysteme ist ein von Wärmeerzeugern bereitgestelltes aufgeheiztes erstes Medium im Innenraum 7 des Behälters 2 vorhanden und ein Wärmeverbraucher versorgendes zweites Medium, das durch Austauschprozesse aufgeheizt wird, strömt durch die Rohrschlange 4. Contrary to the embodiment known from the prior art heat exchanger for heating systems or heat supply systems provided by heat generators heated first medium in the interior 7 of the container 2 is present and a heat consumer supplying second medium, which is heated by exchange processes, flows through the coil 4.

Die Rohrschlange 4 ist mit ihren nach außen geführten Anschlüssen 5 und 6 mit einem Leitungskreis verbunden, in dem sich Wärmeverbraucher befinden. Im Innenraum 7 des Behälters 2 befindet sich das erste Medium, wobei der Behälter 2 über die Anschlüsse 8 und 9 mit dem ersten Leitungskreis verbunden ist, in dem Wärmeerzeuger angeordnet sind. Wärmeerzeuger können dabei thermische Solarkollektoren, Wärmepumpen, Heizkessel, Erdwärmesonden oder Einrichtungen, die Prozesswärme zurückgewinnen, sein.The coil 4 is connected with its guided outward terminals 5 and 6 with a line circuit in which there are heat consumers. In the interior 7 of the container 2 is the first medium, wherein the container 2 is connected via the terminals 8 and 9 with the first line circuit, are arranged in the heat generator. Heat generators can be thermal solar collectors, heat pumps, boilers, geothermal probes or facilities that recover process heat.

Im erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 können eine zweite Rohrschlange 10 und eine dritte Rohrschlange 11 angeordnet sein, wobei diese mit ihren Anschlüssen 12 und 13 sowie 14 und 15 gleichfalls mit Wärmeverbrauchern verbunden sein können.In the heat exchanger 1 according to the invention, a second tube coil 10 and a third coil 11 may be arranged, which may also be connected with their terminals 12 and 13 and 14 and 15 with heat consumers.

Die Rohrschlangen 4, 10 und 11 können mit ein und demselben Leitungskreis verbunden sein. Sie können ebenso verschiedene Leitungskreise mit einem erwärmten Medium speisen.The coils 4, 10 and 11 may be connected to one and the same circuit. You can also feed different circuits with a heated medium.

Im einfachsten Fall ist lediglich eine Rohrschlange 4 im Wärmetauscher 1 angeordnet.In the simplest case, only one coil 4 is arranged in the heat exchanger 1 .

Eine solche Anordnung hat folgende Vorteile, wenn ein Wärmetauscher 1 mit einem Volumen von 60 l zugrunde gelegt wird:

  • Das Verhältnis zwischen dem ersten Medium im Innenraum 7 des Behälters 2 und dem zweiten Medium in der Rohrschlange 4 bewegt sich zwischen 1:2 bis 1:4. Für einen Wärmetauscher 1 mit einem Inhalt von 60 l bedeutet das, dass bis zu 24 l des zweiten Mediums in der Rohrschlange 4 enthalten sein können.
  • Der Wärmetauscher 1 hat bei einem Volumenstrom von Q1=1000 l/h, einer Eingangstemperatur von 60° C und einer Ausgangstemperatur von 40° C eine Leistung von 24 kW.
  • In dem beschriebenen Fall beträgt die Übertragungsleistung des Separators/der Separatorwand 125 W/100 cm2.
  • Der Wärmetauscher 1 hat bei einem Volumenstrom von 470 l/h, einer Eingangstemperatur von 50° C und einer Ausgangstemperatur von 10° C eine Leistung von etwa 23 kW.
  • Die spezifische Leistung des Separators kann dann 150 W/100 cm2 betragen.
  • Der Wärmetauscher 1 erreicht nach dem Aufheizen Eigenschaften, die denen eines Plattenwärmetauschers entsprechen. Lediglich beim Aufheizzyklus ist die sich aus den Volumenströmen am Ein- und Ausgang des Wärmetauschers 1 ergebende Trägheit vorhanden.
  • Nach erfolgtem Aufheizen kann unter gleichen Bedingungen für eine beliebig lange Zeit ein Volumen von etwa 500 l aufgeheiztes zweites Medium mit einer Temperatur von 50° C entnommen werden.
  • Der Wärmetauscher 1 hat eine rechnerisch ermittelte Spitzenleistung von 120 kW, bezogen auf einen Durchfluss von 3000 l/h.
    Er kann bei einem Stocken der Zufuhr von erwärmtem ersten Medium für eine Zeit von etwa 1 min den Austauschprozess mit einer Leistung von etwa 100 kW aufrechterhalten.
  • Der Wärmetauscher 1 hat bei einem erhöhten Durchfluss von 3000 l/h, bei einer Eingangstemperatur von 90° C, einer Ausgangstemperatur von 50° C am Separator/der Separatorwand eine spezifische Leistung von 750 W/100 cm2.
Such an arrangement has the following advantages when a heat exchanger 1 with a volume of 60 l is used:
  • The ratio between the first medium in the interior 7 of the container 2 and the second medium in the coil 4 is between 1: 2 to 1: 4. For a heat exchanger 1 with a content of 60 l, this means that up to 24 l of the second medium can be contained in the coil 4 .
  • The heat exchanger 1 has a capacity of Q 1 = 1000 l / h, an inlet temperature of 60 ° C and an outlet temperature of 40 ° C, a power of 24 kW.
  • In the described case, the transfer performance of the separator / separator wall is 125 W / 100 cm 2 .
  • The heat exchanger 1 has a capacity of 470 l / h, an inlet temperature of 50 ° C and an outlet temperature of 10 ° C, a power of about 23 kW.
  • The specific power of the separator may then be 150 W / 100 cm 2 .
  • The heat exchanger 1 achieved after heating properties that correspond to those of a plate heat exchanger. Only during the heating cycle is the resulting from the flow rates at the inlet and outlet of the heat exchanger 1 inertia available.
  • After the heating has taken place, a volume of about 500 l of heated second medium having a temperature of 50 ° C. can be removed under the same conditions for an arbitrarily long time.
  • The heat exchanger 1 has a calculated peak power of 120 kW, based on a flow rate of 3000 l / h.
    It can maintain the exchange process with a power of about 100 kW when the supply of heated first medium is stopped for a time of about 1 minute.
  • The heat exchanger 1 has a specific power of 750 W / 100 cm 2 at an increased flow of 3000 l / h, with an inlet temperature of 90 ° C, an outlet temperature of 50 ° C at the separator / separator wall.

Unabhängig von der tatsächlichen Größe des erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 gilt weiterhin:

  • Die übertragene Leistung ist direkt proportional zur Fläche des Separators, mithin zur Fläche der eingesetzten Wellrohrschlange und letztlich auch zur Anzahl der Wellrohrschlangen. Ebenso verhält sich die übertragene Leistung direkt proportional zum Volumenstrom auf der Primär- und der Sekundärseite sowie zum Temperaturgradienten Δt.
  • Die Rohrschlange 4 besteht aus einem Edelstahlwellrohr.
  • Das Edelstahlwellrohr ist parallel oder schraubenförmig profiliert.
  • Die Wanddicke des Edelstahlwellrohrs liegt zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Damit wird durch die geringe Wanddicke der an sich ungünstigere Wärmeübergang bei Edelstählen gegenüber unedlen Stählen weitgehend unterdrückt.
  • Die Rohrschlange 4 ist im Innenraum 7 des Behälters 2 begrenzt beweglich aufgehängt. Sie kann sich aufgrund von Temperaturänderungen ausdehnen und/oder ihre Form geringfügig ändern.
  • Die Strömung in der Rohrschlange ist durch die Verwendung von Wellrohren bereits bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten turbulent und sichert damit einen intensiven Austauschprozess.
  • Die Volumenverhältnisse und die geometrische Gestaltung der Rohrschlange 4 sind so gewählt, dass auch im Innenraum 7 des Behälters 2 eine turbulente Strömung herrscht und damit der Austauschprozess auf beiden Seiten des Separators gleich intensiv abläuft.
  • Durch die Wahl einer Rohrschlange 4 aus Edelstahl-Wellrohr in Verbindung mit ihren Formveränderungen und den turbulenten Strömungen werden Ablagerungen auf dem Separator vermieden und der Austauschprozess kann dabei über lange Zeit mit gleicher Intensität erhalten bleiben.
  • Durch die gewählten Volumenverhältnisse zwischen Innenraum 7 und Rohrschlange 4 und durch die Form derselben können im Innenraum keine temperaturabhängigen Schichtungen des ersten Mediums entstehen.
Regardless of the actual size of the heat exchanger 1 according to the invention, the following also applies:
  • The transferred power is directly proportional to the area of the separator, thus to the area of the corrugated pipe used and ultimately also to the number of corrugated pipe coils. Likewise, the transmitted power behaves directly proportional to the volume flow on the primary and the secondary side and to the temperature gradient .DELTA.t.
  • The coil 4 is made of a stainless steel corrugated pipe.
  • The stainless steel corrugated tube is profiled in parallel or helically.
  • The wall thickness of the stainless steel corrugated pipe is between 0.1 mm and 0.5 mm. This is largely suppressed by the small wall thickness of the less favorable heat transfer in stainless steels compared to non-noble steels.
  • The coil 4 is suspended in the interior 7 of the container 2 movable limited. It may expand due to temperature changes and / or change shape slightly.
  • The flow in the coil is turbulent even at low flow velocities through the use of corrugated tubes, thus ensuring an intensive exchange process.
  • The volume ratios and the geometric design of the coil 4 are chosen so that even in the interior 7 of the container 2 a turbulent flow prevails and thus the exchange process takes place on both sides of the separator with equal intensity.
  • By choosing a coil 4 made of stainless steel corrugated pipe in conjunction with their shape changes and the turbulent flows deposits on the separator are avoided and the exchange process can be maintained over a long time with the same intensity.
  • Due to the chosen volume ratios between the interior 7 and coil 4 and the shape of the same no temperature-dependent layers of the first medium can arise in the interior.

Damit ist gewährleistet, dass der Wärmetauscher 1 in jedem Betriebszustand einen auf das erreichbare Maximum ausgelegten Austauschprozess realisiert und dabei in jedem Fall einen über 90 % liegenden Wirkungsgrad erreicht.This ensures that the heat exchanger 1 realizes an exchange process designed for the maximum achievable in each operating state and in each case achieves an efficiency of more than 90%.

Der effektiv geführte Austauschprozess bewirkt ferner, dass eine Solltemperatur von 50° C im zweiten Medium in einem Zehntel der Zeit erreicht wird, die ein im Stand der Technik bekannter Kombispeicher benötigt.The effectively conducted exchange process also causes a target temperature of 50 ° C in the second medium to be reached in one-tenth of the time required by a combi store known in the art.

Die außerordentlich geringe Trägheit des Wärmetauschers 1 wird neben den oben bereits aufgeführten Maßnahmen dadurch erreicht, dass die mit der Rohrschlange 4 realisierte Separatorfläche einen Wert zwischen 150 cm2 - 700 cm2 je Liter Behältervolumen hat.The extremely low inertia of the heat exchanger 1 is achieved in addition to the measures already mentioned above, characterized in that the separator surface realized with the coil 4 has a value between 150 cm 2 - 700 cm 2 per liter of container volume.

Die Erreichung eines solch hohen Wertes kann auch dadurch ermöglicht sein, dass weitere Rohrschlangen 10 und 11 im Behälter 2 angeordnet sind.The achievement of such a high value can also be made possible by further tube coils 10 and 11 being arranged in the container 2 .

Die Rohrschlangen 4, 10 und 11 können als schraubenförmige Wickel, als spiralförmige Wickel oder als Kombination aus beiden Formen ausgeführt sein.The coils 4, 10 and 11 may be designed as helical coils, as helical coils or as a combination of both forms.

Besondere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 können dadurch entstehen, dass die Rohrschlangen 4, 10 und 11 mit einer Verbindung 16 außerhalb der Isolierung 3 verbunden sind.Special embodiments of the heat exchanger 1 according to the invention can result from the fact that the coils 4, 10 and 11 are connected to a connection 16 outside the insulation 3 .

Es ist ebenso möglich, die Verbindung 16 nur zwischen zwei der vorhandenen Rohrschlangen 4, 10 und 11 auszuführen, während die verbleibende Rohrschlange einem gesonderten Leitungskreis zugeordnet ist. Dies ist beispielsweise die Vorzugsvariante, wenn zusätzlich zum Heizungs- oder Wärmeversorgungssystem eine Brauchwasseraufbereitung erfolgen muss.It is also possible to carry out the connection 16 only between two of the existing coils 4, 10 and 11 , while the remaining coil is assigned to a separate line circuit. This is, for example, the preferred variant if, in addition to the heating or heat supply system, a process water treatment must take place.

Die Zusammenschaltung der Rohrschlangen 4, 10 und 11 kann auch im Innenraum 7 des Behälters 2 mit einer Verbindung 17 ausgeführt sein. In diesem Fall ist die Zusammenschaltung im von der Isolierung 3 umschlossenen Bereich erfolgt und es sind lediglich noch die Anschlüsse der Rohrschlange 4 durch die Isolierung nach außen geführt. Auf diese Weise entsteht ein effektiver Wärmetauscher mit einer großen Separatorfläche.The interconnection of the coils 4, 10 and 11 may also be performed in the interior 7 of the container 2 with a connection 17 . In this case, the interconnection is carried out in the area enclosed by the insulation 3 and there are only the terminals of the coil 4 out through the insulation to the outside. This creates an effective heat exchanger with a large separator surface.

Letztlich bildet ein solcher erfindungsgemäßer Wärmetauscher die Möglichkeit, nach der Art eines Baukastensystems verschiedene Ausführungsformen zu gestalten und diesen somit an bestimmte Einsatzverhältnisse anzupassen.Ultimately, such a heat exchanger according to the invention forms the possibility of designing various embodiments in the manner of a modular system and thus of adapting it to specific conditions of use.

Die oben beschriebene Anordnung kann mit bekannten Mitteln als stehende oder als hängende Anordnung oder als Kombination aus beiden Möglichkeiten ausgeführt seinThe arrangement described above can be carried out by known means as a standing or as a hanging arrangement or as a combination of both possibilities

Es ist ferner möglich, den erfindungsgemäßen Wärmetauscher in vorkonfektionierter Form mit den notwendigen Leitungsanschlüssen und gegebenenfalls mit Ventilen und Umwälzpumpen kombiniert auszuführen.It is also possible to carry out the heat exchanger according to the invention in prefabricated form with the necessary line connections and optionally combined with valves and circulating pumps.

Die Isolierung 3 des Wärmetauschers 1 kann nach den Gesichtspunkten einer optimalen Energieausnutzung ausgelegt sein. Sie kann ferner Leitungen, Ventile und Umwälzpumpen einschließen. Ebenso kann sie abnehmbar gestaltet sein.The insulation 3 of the heat exchanger 1 can be designed according to the criteria of optimal energy utilization. It may further include conduits, valves and circulation pumps. Likewise, it can be designed removable.

Die Erfindung hat also den Vorteil, dass sie Wärmetauscher für Heizungs- oder Wärmeversorgungssysteme vorschlägt, die effizient arbeiten, deren Abmessungen klein sind, die mit geringer Trägheit erwärmte Medien bereitstellen und im übrigen kostengünstig und mit geringem Material- und Herstellungsaufwand erzeugt werden können.The invention thus has the advantage of proposing heat exchangers for heating or heat supply systems which operate efficiently, whose dimensions are small, which can provide low inertia heated media and otherwise can be produced inexpensively and with low material and manufacturing costs.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wärmetauscherheat exchangers
22
Behältercontainer
33
Isolierunginsulation
44
Rohrschlangecoil
55
Anschlussconnection
66
Anschlussconnection
77
Innenrauminner space
88th
Anschlussconnection
99
Anschlussconnection
1010
Rohrschlangecoil
1111
Rohrschlangecoil
1212
Anschlussconnection
1313
Anschlussconnection
1414
Anschlussconnection
1515
Anschlussconnection
1616
Verbindungconnection
1717
Verbindungconnection

Claims (6)

  1. Use of a tubular heat exchanger for a heat exchanger (1) for a heat sink in a heating system or a heat supply system,
    wherein
    said heat exchanger is composed of
    a closed container (2),
    a coil tube (4) which is wound in a spirally or helically manner and is arranged in the container (2) and is made from a corrugated tube or a corrugated hose,
    and insulation (3) enclosing the container (2),
    wherein
    a first heat-carrying medium fills the interior chamber (7) of the container (2),
    the coil tube (4) contains a second heat-carrying medium,
    characterized in that
    the volume of the first medium in the interior chamber (7) of the container (2) is at most 6 times the volume of the second medium in the coil tube (4),
    and the coil tube (4) has a separator surface of at least 150 cm2 based on one liter of container contents.
  2. The use of a heat exchanger (1) according to claim 1,
    characterized in that
    said heat exchanger has a volume of approximately 60 l.
  3. The use of a heat exchanger (1) according to claim 1,
    characterized in that
    the tube coil (4) is subdivided to have multiple lines, and at least one outer and one inner coil tube are arranged coaxially to one another.
  4. The use of a heat exchanger (1) according to claim 1,
    characterized in that
    at least one further coil tube is arranged in the container, which further coil tube is connected to an independent line circuit which carries a third medium,.
  5. The use of a heat exchanger (1) according to claim 1,
    characterized in that
    the third medium carried in the further coil tube is carried in an open circuit.
  6. The use of a heat exchanger (1) according to claim 4,
    characterized in that
    the third medium supplies heat quantities to and/or discharges heat quantities from the heat exchanger.
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