CH707113A2 - Heat exchanger for heating water has helical pipe wound to pipe structures which are hydraulic connected by helical running portions - Google Patents

Abstract

The heat exchanger (1) has helical pipe (3) wound to pipe structures (5a-5e), and with inlet pipe (7) and discharge pipe for the transportation of liquid or gaseous heating medium. The helical wound pipe structures are hydraulic connected by helical running portions.

Description

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmetauscher für einen Warmwasserspeicher gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a heat exchanger for a hot water tank according to the preamble of claim 1.

[0002] Warmwasserspeicher dienen dazu, im Haushalt und in der Industrie warmes Brauchwasser für Küche, Bad und Dusche zur Verfügung zu stellen. Weiter dienen Wärmetausche auch zum Aufheizen von Heizungswasser in Pufferspeichern. Das Erwärmen des aus dem Leitungsnetz zugeführten kalten Wassers bei Warmwasserspeichern kann auf verschiedene Weise erfolgen, zum Beispiel mit einem Heizstab, der elektrisch betrieben wird oder, wie im vorliegenden Fall, mit einem heissen Medium, zum Beispiel Wasser oder Wasserdampf, kurz Heizmedium, das über eine Öl- oder Gasheizung, mit Sonnenkollektoren oder auf andere Weise auf eine hohe Temperatur erwärmt wird und das in einen Wärmetauscher innerhalb des Warm- oder Heizwasserspeichers geführt und dort die Energie an das Wasser überträgt. Solche Wärmetauscher umfassen oft ein spiralförmig oder schraubenlinienförmig gewundenes Rohr, um auf kleinem Raum eine grosse Wärmeübertragungsfläche zu bilden. Hot water tanks are used to provide domestic hot water and domestic hot water for kitchen, bathroom and shower. Furthermore, heat exchangers also serve to heat up heating water in buffer tanks. The heating of the supplied from the mains cold water in hot water tanks can be done in various ways, for example, with a heating element, which is operated electrically or, as in the present case, with a hot medium, for example water or steam, short heating medium over an oil or gas heating, with solar panels or otherwise heated to a high temperature and that led into a heat exchanger within the hot or Heizwasserspeichers and there transfers the energy to the water. Such heat exchangers often include a helically or helically wound tube to form a large heat transfer area in a small space.

[0003] Es ist auch bekannt, mehrere identisch ausgebildete spiralförmig zu einem Rohrkörper gewundene Rohre übereinander anzuordnen und diese durch geeignete Rohrverbindungsarmaturen oder Verschweissungen miteinander hydraulisch zu verbinden. Die Herstellung von solchen übereinander angeordneten spiralförmigen Rohrkörpern ist aufwendig und damit teuer. It is also known to arrange a plurality of identically formed spirally wound to a tubular body tubes superimposed and to connect them together by suitable pipe connection fittings or welds hydraulically. The preparation of such superimposed spiral tubular bodies is complicated and therefore expensive.

[0004] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Wärmetauscher zu schaffen, der einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist und zudem kostengünstig herstellbar ist. An object of the present invention is therefore to provide a heat exchanger which has the highest possible efficiency and is also inexpensive to produce.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Wärmetauscher gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Wärmetauschers sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben. This object is achieved by a heat exchanger according to the features of claim 1. Advantageous embodiments of the heat exchanger are described in the dependent claims.

[0006] Erfindungsgemäss gelingt es, den Wärmetauscher aus einem einzigen Rohr ohne Verbindungselemente, -armaturen oder Verschweissungen zwischen den spiralförmigen Rohrkörpern herzustellen. Durch den Wegfall von Verbindungsstücken ist die Herstellung kostengünstig und zudem besteht nicht die Gefahr von Leckagen an Verbindungsstellen, durch welche Leitungswasser in den Brauchwasserkreislauf gelangen kann. According to the invention, it is possible to produce the heat exchanger from a single tube without connecting elements, fittings or welds between the spiral tubular bodies. The elimination of connectors manufacturing is inexpensive and also there is no risk of leaks at joints through which tap water can get into the hot water circuit.

[0007] Ein weiterer Vorteil des Wärmetauschers besteht darin, dass eine hervorragende Schichtung der Temperatur im Wärmespeicher erfolgt und eine geringe Bauhöhe erreichet werden kann. Another advantage of the heat exchanger is that an excellent stratification of the temperature takes place in the heat storage and a low height can be achieved.

[0008] Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers, <tb>Fig. 2<SEP>eine Aufsicht auf den Wärmetauscher in Fig. 1 , eingesetzt in einem Warmwasserspeicher, und <tb>Fig. 3<SEP>einen Horizontalschnitt durch den Wärmetauscher zwischen der zuunterst liegenden und der darüber an zweiter Stelle liegenden Rohrspirale.Reference to an illustrated embodiment, the invention is explained in detail. Show it: <Tb> FIG. 1 <SEP> a perspective view of a heat exchanger, <Tb> FIG. 2 <SEP> a plan view of the heat exchanger in Fig. 1, used in a hot water tank, and <Tb> FIG. 3 <SEP> a horizontal section through the heat exchanger between the lowest and the second lying above the spiral tube.

[0009] Die Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher 1 mit beispielsweise fünf übereinander angeordneten aus einem spiralförmig gewundenen, einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisenden Rohr 3 hergestellten Rohrkörpern 5. Das Rohr 3, welches die fünf Rohrkörper 5 bildet, endet oben in einem Einlaufstutzen 7 und unten in einem Auslaufstutzen 9. Fig. 1 shows a heat exchanger 1 with, for example, five superimposed from a spirally wound, a round or square cross section having tube 3 produced tubular bodies 5. The tube 3, which forms the five tubular body 5, ends up in an inlet pipe. 7 and down in a spout 9.

[0010] Wie insbesondere in Fig. 1 ersichtlich ist, liegen die äusseren Windungen 11a, 11b und 11c des zuoberst liegenden Rohrkörpers 5 im Wesentlichen in einer Ebene. Die zuinnerst liegende Windung 11d verläuft schraubenlinienförmig nach unten und bildet danach im nächsten Umgang die zuinnerst liegende Windung des darunter liegenden Rohrkörpers 5b. Verfolgt man das Rohr 3 nach dem schraubenlinienförmigen Verlauf des zweitobersten Rohrkörpers 5b weiter, so schliessen an die zuinnerst liegende Windung nach aussen weitere spiralförmige Windungen an, bis der Aussendurchmesser wie desjenigen des zuoberst liegenden Rohrkörpers 5a erreicht ist. Danach geht die zuäusserst liegende Rohrwindung 11a des Rohrkörpers 5b in einen schraubenlinienförmigen Abschnitt über, der auf das Niveau des von oben gezählten dritten Rohrkörpers 5c erreicht und bildet dort die zuäusserst liegende Windung, die sich dann spiralförmig nach innen fortsetzt und an ihrem Ende wiederum in einem schraubenlinienförmigen Abschnitt zum nächsten, darunter liegenden Rohrkörper 5c verläuft bis, sich stets einmal aussen und einmal innen liegend, der letzte schraubenlinienförmige Abschnitt in den zuunterst liegenden Rohrkörper 5 übergeht und dort nach einigen spiralförmigen Windungen am Auslaufstutzen 9 endet. As can be seen in particular in Fig. 1, are the outer turns 11a, 11b and 11c of the uppermost tube body 5 substantially in one plane. The innermost turn 11d runs down in a helical shape and then forms the innermost turn of the underlying tube body 5b in the next handling. If the tube 3 continues to follow the helical course of the second uppermost tubular body 5b, then further helical turns connect to the innermost turn to the outside until the outside diameter, like that of the uppermost tube body 5a, is reached. Thereafter, the voräersterst Rohrängung 11a of the tubular body 5b is in a helical section, which reaches the level of the counted from above third tubular body 5c, where it forms the voräersterst winding, which then spirally continues inward and turn at its end in a helical section to the next, underlying tube body 5c runs up, always outside and once inside, the last helical section merges into the lowest lying tubular body 5 and ends there after a few helical turns at the outlet 9.

[0011] In der Fig. 3 ist der Übergang vom zweituntersten Rohrkörper 5d in den zuunterst liegenden Rohrkörper 5e am bananenförmigen horizontal verlaufenden Schnitt 13 durch den schraubenlinienförmigen Abschnitt des Rohres 3 ersichtlich. 3, the transition from the second lowest tube body 5d in the lowest lying tube body 5e on the banana-shaped horizontally extending section 13 through the helical portion of the tube 3 can be seen.

[0012] In Fig. 2 ist mit Bezugszeichen 15 die zylindrische Wand eines Warmwasser- oder Pufferspeichers 17 dargestellt. Auf der linken Seite ist oben der Einlaufstutzen 7 und darunter der Auslaufstutzen 9 ersichtlich, welche die Wand 15 des Speichers radial durchdringen. Weiter ist aus dieser Figur wiederum ersichtlich, wie die Übergänge von den übereinander angeordneten Rohrkörpern 5, die jeweils die gleiche Anzahl Windungen umfassen, auf den jeweils darunter beziehungsweise darüber liegenden Rohrkörper 5 verlaufen. In Fig. 2, the cylindrical wall of a hot water or buffer memory 17 is shown by reference numeral 15. On the left side of the inlet nozzle 7 and below the outlet nozzle 9 can be seen above, which penetrate the wall 15 of the memory radially. Furthermore, it can be seen again from this figure how the transitions from the tube bodies 5 arranged one above the other, each of which comprises the same number of turns, run on the tube bodies 5 located below or above them.

[0013] Mit einer geeignet ausgebildeten Rohrbiegevorrichtung, nicht dargestellt, wird das Rohr 3 kontinuierlich zu einer Spirale mit einer Anzahl spiralförmig verlaufender Windungen verformt, wobei die Windungen 11 des zuoberst liegenden Rohrkörpers 5 von aussen nach innen verformt werden. Am Ende dieses Verformungsvorgangs, die beispielsweise wie beschrieben in einer Ebene erfolgt, schliesst kontinuierlich ein weiterer aus der Ebene herausführender Biegevorgang zur Erzeugung einer schraubenlinienförmigen Windung oder eines schraubenlinig verlaufenden Windungsabschnittes an, um in die Ebene des darunter liegenden Rohrkörpers 5b zu gelangen. Danach findet die weitere spiralförmige Verformung des Rohres 3 von innen nach aussen statt. Nach n Windungen 11 erfolgt wieder eine Verformung des Rohres 3 in einen schraubenlinienförmigen Abschnitt, um auf die Etage des darunter liegenden Rohrkörpers 5c zu gelangen. Danach schliessen sich die Verformungsvorgänge in gleicher Weise an wie die beiden für die zuoberst liegenden Rohrkörper 5a und 5b. With a suitably formed tube bending device, not shown, the tube 3 is continuously deformed into a spiral having a number of spirally extending turns, wherein the turns 11 of the uppermost tube body 5 are deformed from the outside inwards. At the end of this deformation operation, for example, as described in a plane, another out-of-plane bending process continuously engages to produce a helical winding or a helical winding section to enter the plane of the underlying tubular body 5b. Thereafter, the further spiral deformation of the tube 3 takes place from the inside to the outside. After n turns 11 again a deformation of the tube 3 takes place in a helical section to get to the floor of the underlying tubular body 5c. Thereafter, the deformation processes follow in the same way as the two for the uppermost tube body 5a and 5b.

[0014] Selbstverständlich kann jeder Rohrkörper 5 auch mehr oder weniger Windungen umfassen und es kann auch eine beliebige Zahl von spiralförmigen Rohrkörpern 5 übereinander ausgebildet werden. Of course, each tube body 5 also comprise more or fewer turns and it can also be any number of spiral tube bodies 5 are formed one above the other.

[0015] Alternativ zu in einer ebenen Fläche liegenden Rohrwindungen 11 in jedem Rohrkörper 5 bestünde auch die Möglichkeit, die spiralförmigen Rohrwindungen kegelförmig auszubilden, derart dass die innen liegenden Windungen jeweils höher liegen als die aussen liegenden Windungen der darüber angeordneten Rohrkörper 5e–5a. Alternatively, lying in a flat surface pipe turns 11 in each tube body 5 would also be possible to form the spiral pipe turns conical, such that the inner turns are each higher than the outer turns of the overlying tubular body 5e-5a.

Claims (5)

1. Wärmetauscher (1) für einen Warm- oder Heizwasserspeicher (17), umfassend ein spiralförmig zu einem Rohrkörper (5) gewundenes Rohr (3) mit einem Zulaufende (7) und einem Auslaufende (9) für den Transport eines flüssigen oder gasförmigen Heizmediums, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl n spiralförmig gewundener Rohrkörper (5) übereinander angeordnet und durch schraubenlinienförmig verlaufende Abschnitte hydraulisch miteinander verbunden sind.1. Heat exchanger (1) for a hot or Heizwasserspeicher (17) comprising a spiral to a tubular body (5) wound pipe (3) having a feed end (7) and an outlet end (9) for the transport of a liquid or gaseous heating medium , characterized in that a plurality n spirally wound tubular body (5) are arranged one above the other and hydraulically connected by helically extending portions. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Rohrkörper (5) abwechselnd über die aussen liegenden Windungen (11a) und die innen liegenden Windungen (11d) mit den darunter beziehungsweise den darüber liegenden Rohrkörpern (5) verbunden sind.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the individual tubular body (5) alternately on the outer turns (11 a) and the inner turns (11 d) with the underlying or the overlying tubular bodies (5) are connected. 3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zwischen den übereinander angeordneten Rohrkörpern (5) abwechselnd durch einen schraubenlinienförmig verlaufenden Abschnitt zwischen den jeweils aussen beziehungsweise den jeweils innen liegenden Windungen nach unten in die durch die spiralförmig verlaufenden Rohre (3) gebildeten Flächen erfolgt.3. Heat exchanger according to one of claims 1 or 2, characterized in that the connections between the stacked tubular bodies (5) alternately by a helically extending portion between the respective outside or the respective inner turns down into the through the spirally extending tubes (3) formed surfaces. 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (3) der einzelnen Rohrkörper (5) in einer Ebene liegen oder dass diese kegelförmig angeordnet sind.4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tubes (3) of the individual tubular body (5) lie in a plane or that they are arranged conically. 5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Rohrkörper (5), die jeweils einen Wärmetauscher (1) bilden, aus einem einzigen Rohr (3) mit rundem oder eckigem Querschnitt bestehen.5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that all tubular body (5), each forming a heat exchanger (1), consist of a single tube (3) with a round or rectangular cross-section.