DE102015118094A1

DE102015118094A1 - Wärmeübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015118094A1
Application number: DE102015118094.4A
Authority: DE
Inventors: Roger Dönges; Andrei Gaier
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-27
Also published as: EP3159644A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend zwei Wendelwärmeübertrager (1, 2), die an ihren Enden jeweils eine Anschlussschnittstelle (3) zur Zu- oder Abführung eines Wärmeträgermediums aufweisen, wobei jeweils eine Anschlussschnittstelle (3) der Wendelwärmeübertrager (1, 2) hydraulisch mit einer Hauptanschlussschnittstelle (4) verbunden ausgebildet ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Hauptanschlussschnittstelle (4) und den Anschlussschnittstellen (3) der Wendelwärmeübertrager (1, 2) eine Stelleinrichtung (5) zur Durchflussregulierung des Wärmeträgermediums wahlweise durch nur einen oder durch alle Wendelwärmeübertrager (1, 2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument DE 10 2006 004 900 A1 bekannt. Diese Wärmeübertragungsvorrichtung besteht aus zwei Wendelwärmeübertragern, die an ihren Enden jeweils eine Anschlussschnittstelle zur Zu- oder Abführung eines Wärmeträgermediums aufweisen, wobei jeweils eine Anschlussschnittstelle der Wendelwärmeübertrager hydraulisch mit einer Hauptanschlussschnittstelle verbunden ausgebildet ist. Bei solchen Wendelwärmeübertragern, die eine horizontal orientierte Hauptwendelachse aufweisen, besteht die Notwendigkeit, diese mindestens bei Inbetriebnahme zu entlüften. Hierzu sind bei der oben genannten Lösung an der Wärmeübertragungsvorrichtung zwei Ventile angeordnet, und zwar jeweils eins pro Wendelwärmeübertrager, wobei zum Entlüften wechselweise die beiden Ventile geschlossen werden, so dass jeweils nur ein Wendelwärmeübertrager vom Wärmeträgermedium (insbesondere Wasser) durchströmt wird. Die beiden genannten Ventile sind dabei in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums gesehen den Wendelwärmeübertragern vorgeschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine technisch besonders einfache Möglichkeit für die oben beschriebene Entlüftung geschaffen werden.
Diese Aufgabe ist mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass zwischen der Hauptanschlussschnittstelle und den Anschlussschnittstellen der Wendelwärmeübertrager eine Stelleinrichtung zur Durchflussregulierung des Wärmeträgermediums wahlweise durch nur einen oder durch alle Wendelwärmeübertrager angeordnet ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung somit dadurch aus, dass eine gemeinsame Stelleinrichtung für die Wendelwärmeübertrager geschaffen wurde, die entweder die Durchströmung der Wendelwärmeübertrager nicht behindert oder mit der gewährleistet werden kann, dass stets nur genau ein Wendelwärmeübertrager vom Wärmeträgermedium (also insbesondere Heizkreiswasser, das eventuell zu entfernende Lufteinschlüsse aufweist) durchströmt und damit entlüftet werden kann. Die Reduktion auf eine einzige Stelleinrichtung bringt dabei den Vorteil mit sich, dass auch nur ein Stellantrieb erforderlich ist, sofern die Stelleinrichtung nicht einfach von Hand betätigt werden soll, was selbstverständlich auch möglich ist.
Im Unterschied zum vorgenannten Stand der Technik ist dabei darüber hinaus vorgesehen, was unten noch genauer erläutert wird, dass die Stelleinrichtung in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums gesehen, den Wendelwärmeübertragern nachgeschaltet ist, d. h. bei dieser Lösung sind die Wendelwärmeübertrager grundsätzlich auch bei der Durchführung der Entlüftung geflutet, wobei dann allerdings aus dem abgesperrten Wendelwärmeübertrager entsprechend kein Wärmeträgermedium mehr nachströmen kann.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Hingewiesen wird dabei noch auf Folgendes: Im oben genannten Patentdokument ist eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit zwei Wendelwärmeübertrager offenbart. Grundsätzlich sind aber auch Wärmeübertragungsvorrichtungen mit mehr als zwei Wendelwärmeübertragern möglich, d. h. die nachfolgend beschriebene Erfindung geht zwar grundsätzlich auch von zwei Wendelwärmeübertragern aus, die Maßgabe ”zwei” bedeutet dabei aber ”mindestens zwei”, d. h. die Erfindung gilt auch für mehr als zwei Wendelwärmeübertrager.
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt
1 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung;
2 teilweise geschnitten eine Wärmeübertragungsvorichtung mit zwei Wendelwärmeübertragern gemäß dem Stand der Technik (Bild aus DE 10 2006 004 900 A1 );
3 einen vergrößerten Ausschnitt der beiden Wendelwärmeübertrager gemäß dem Stand der Technik (Bild aus DE 10 2006 004 900 A1 );
4 eine Außenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung;
5 eine weitere Außenansicht der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung;
6 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellelements in erster Ansicht;
7 die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellelements in zweiter Ansicht;
8 eine Darstellung des Fluidstroms durch die erste Ausführungsform der Stelleinrichtung, bei Öffnung von zwei Wendelwärmeübertragern;
9 eine Darstellung des Fluidstroms durch die erste Ausführungsform der Stelleinrichtung, bei Sperrung des Durchgangs zu einem ersten Wendelwärmeübertrager;
10 eine Darstellung des Fluidstroms durch die erste Ausführungsform der Stelleinrichtung, bei Sperrung des Durchgangs zu einem zweiten Wendelwärmeübertrager;
11 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße, mit zwei Wendelwärmeübertragern verbundene, Stelleinrichtung gemäß den 4 bis 10;
12 eine Außenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung;
13 eine weitere Außenansicht der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung;
14 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellglieds;
15 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung in zweiter Ausführungsform, mit einem Stellelement in einer Durchlassposition in Bezug auf die beiden angeschlossenen Wendelwärmeübertrager (hier nicht gezeigt);
16 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung in zweiter Ausführungsform, mit dem Stellelement in einer Position zur Öffnung eines ersten und zur Sperrung eines zweiten der angeschlossenen Wendelwärmeübertrager (hier nicht gezeigt); und
17 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung in zweiter Ausführungsform, mit dem Stellelement in einer Position zur Öffnung eines zweiten und zur Sperrung eines ersten der angeschlossenen Wendelwärmeübertrager (hier nicht gezeigt).
Die in den Figuren dargestellte Wärmeübertragungsvorrichtung besteht aus zwei Wendelwärmeübertragern 1, 2, die an ihren Enden jeweils eine Anschlussschnittstelle 3 zur Zu- oder Abführung eines Wärmeträgermediums aufweisen, wobei jeweils eine Anschlussschnittstelle 3 der Wendelwärmeübertrager 1, 2 hydraulisch mit einer Hauptanschlussschnittstelle 4 verbunden ausgebildet ist (siehe 1).
Dabei ist, wie in 2 und 3 dargestellt, vorgesehen, dass die Wendelwärmeübertrager 1, 2 einen im wesentlichen rechteckigen Durchströmquerschnitt aufweisen und dass die Wendelwärmeübertrager 1, 2 schraubenlinienförmig gewendelt ausgebildet sind.
Des weiteren ist, noch genauer, zwischen den Wendelwärmeübertragern 1, 2 ein schraubenlinienförmig gewendelter Durchströmspalt 7 für Abgas vorgesehen.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung ist nun, dass zwischen der Hauptanschlussschnittstelle 4 und den Anschlussschnittstellen 3 der Wendelwärmeübertrager 1, 2 eine Stelleinrichtung 5 zur Durchflussregulierung des Wärmeträgermediums wahlweise durch nur einen oder durch alle Wendelwärmeübertrager 1, 2 angeordnet ist.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß die Stelleinrichtung 5, in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums gesehen, besonders bevorzugt hinter den, vom Wärmeträgermedium in gleicher Strömungsrichtung durchströmten, Wendelwärmeübertragern 1, 2 angeordnet (1).
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass innerhalb der Stelleinrichtung 5 ein von außerhalb der Stelleinrichtung 5 betätigbares Stellelement 5.1 angeordnet ist und dass das Stellelement 5.1 in einer ersten Stellposition eine der beiden Anschlussschnittstellen 3, in einer zweiten Stellposition die andere der beiden Anschlussschnittstellen 3 und in einer dritten Stellposition beide Anschlussschnittstellen 3 mit der Hauptanschlussschnittstelle 4 verbindend ausgebildet ist.
Außerdem ist allgemein vorgesehen, dass zwei Anschlussschnittstellen 3 der Wendelwärmeübertrager 1, 2 als gemeinsamer Rohranschlussstutzen ausgebildet sind und dass der Rohranschlussstutzen zur Stelleinrichtung 5 offen ausmündende, jeweils mit einem Wendelwärmeübertrager 1, 2 verbundene Strömungsanschlüsse 6 aufweist (11).
Zusätzlich ist an der Stelleinrichtung 5 ein zum Rohranschlussstutzen passender erster Anschlussbereich 8 vorgesehen, sowie innerhalb der Stelleinrichtung 5 ein Trennwandelement 9 zur Ausbildung zweier, sich an die Strömungsanschlüsse 6 anschließende Strömungspfade 8.1 angeordnet. Dabei ist an der Stelleinrichtung 5 ein zur Hauptanschlussschnittstelle 4 passender zweiter Anschlussbereich 10 vorgesehen, so dass eine Durchströmquerschnittsebene des ersten Anschlussbereichs 8 senkrecht zu einer Durchströmquerschnittsebene des zweiten Anschlussbereichs 10 angeordnet ist (10, 14).
Das oben erwähnte Stellelement 5.1 ist dabei besonders bevorzugt wahlweise als schwenkbar gelagertes Klappenelement oder als drehbar gelagertes Hülsenelement ausgebildet.
Genauer betrachtet, weist die Stelleinrichtung 5 in einer ersten Ausführungsform einen zylindrischen Raum 5.2 zur Aufnahme des Hülsenelements auf, wobei die beiden Anschlussschnittstellen 3 an einer Umfangsseite und die Hauptanschlussschnittstelle 4 an einer ersten Stirnseite des Raums 5.2 mündend ausgebildet sind. Weiterhin weist hierbei außerdem das Hülsenelement zu den verschiedenen Stellpositionen passende, vom Wärmeträgermedium durchströmbare Durchbrechungen 5.3 auf (6, 7).
Bevorzugterweise ist dabei das innen hohle und insoweit vom Wärmeträgermedium durchströmbare Hülsenelement über die zweite Stirnseite des Raums 5.2 in die Stelleinrichtung 5 einsteckbar ausgebildet und im Raum 5.2, vorzugsweise benachbart zur ersten Stirnseite, ein eine axiale Bewegung des Hülsenelements begrenzender Anschlag 11 angeordnet (9). Darüber hinaus ist es vorteilhafterweise so, dass die verschiedenen Stellpositionen durch Drehen des Hülsenelements innerhalb der Stelleinrichtung 5 erreichbar ausgebildet sind.
Weiterhin ist die Stelleinrichtung 5 in einer zweiten Ausführungsform mindestens innen als abgewinkeltes Rohr ausgebildet, das einerseits mit den beiden Anschlussschnittstellen 3 und andererseits mit der Hauptanschlussschnittstelle 4 verbunden ist, wobei im Winkelbereich des Rohres das oben genannte Klappenelement angeordnet ist, das vorzugsweise eine Querschnittsfläche einer halben Ellipse aufweist. Überdies ist das Trennwandelement 9 vorteilhafterweise bis in den Winkelbereich reichend und sich das Klappenelement daran klappbar anschließend ausgebildet (16).
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung funktioniert wie folgt:
Im regulären Betrieb der Wärmeübertragunsvorrichtung fließt das Wärmeträgermedium zunächst durch die jeweils erste Anschlussschnittstelle 3 in die beiden Wendelwärmeübertrager 1, 2 ein (siehe 1), fließt durch diese hindurch und tritt durch die jeweils zweite Anschlussschnittstelle 3 wieder aus. Hiernach gerät das Wärmeträgermedium durch den Anschlussbereich 8 in die Stelleinrichtung 5 und über diese durch den zweiten Anschlussbereich 10 in die Hauptanschlussschnittstelle 4. Dies ist der Fall, wenn sich das Stellelement 5.1 der Stelleinrichtung 5 in einer dritten Position befindet, welche eine Öffnung beider Strömungspfade 8.1, welche durch die Trennwand 9 fluidisch voneinander getrennt sind, erlaubt.
Durch Drehung des Stellelements 5.1 bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform (bzw. durch Umklappen des Stellelements 5.2 bei der zweiten Ausführungsform) ist es nun möglich, das Stellelement 5.1 (Klappen- oder Hülsenelement) so bezüglich der Strömungsanschlüsse 6 der Wendelwärmeübertrager 1, 2 zu orientieren, dass in einer ersten Position des Stellelements 5.1 nur der erste Strömungspfad 8.1 zum Durchfluss für das gegebenenfalls Lufteinschlüsse aufweisende Wärmeträgermedium geöffnet und der zweite Strömungspfad geschlossen ist, oder, dass in einer zweiten Position des Stellelements 5.1 nur der zweite Strömungspfad 8.1 zum Durchfluss für das Wärmeträgermedium geöffnet und der erste Strömungspfad geschlossen ist.
Hiermit ist es möglich nur bei einem der vorhandenen Wendelwärmeübertrager 1, 2 den Durchfluss eines Fluids bzw. des Wärmeträgermediums durch die Stelleinrichtung 5 zu erlauben, was beispielsweise (wie oben bereits erwähnt) die selektive Entlüftung dieser Wärmeübertrager ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Wendelwärmeübertrager
2: Wendelwärmeübertrager
3: Anschlussschnittstelle
4: Hauptanschlussschnittstelle
5: Stelleinrichtung
5.1: Stellelement
5.2: zylindrischer Raum
5.3: Durchbrechung
6: Strömungsanschluss
7: Durchströmspalt
8: erster Anschlussbereich
8.1: Strömungspfad
9: Trennwandelement
10: zweiter Anschlussbereich
11: Anschlag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006004900 A1 [0002, 0013, 0014]

Claims

Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend zwei Wendelwärmeübertrager (1, 2), die an ihren Enden jeweils eine Anschlussschnittstelle (3) zur Zu- oder Abführung eines Wärmeträgermediums aufweisen, wobei jeweils eine Anschlussschnittstelle (3) der Wendelwärmeübertrager (1, 2) hydraulisch mit einer Hauptanschlussschnittstelle (4) verbunden ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hauptanschlussschnittstelle (4) und den Anschlussschnittstellen (3) der Wendelwärmeübertrager (1, 2) eine Stelleinrichtung (5) zur Durchflussregulierung des Wärmeträgermediums wahlweise durch nur einen oder durch alle Wendelwärmeübertrager (1, 2) angeordnet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (5) in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums gesehen hinter den vom Wärmeträgermedium in gleicher Strömungsrichtung durchströmten Wendelwärmeübertragern (1, 2) angeordnet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Stelleinrichtung (5) ein von außerhalb der Stelleinrichtung (5) betätigbares Stellelement (5.1) angeordnet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (5.1) in einer ersten Stellposition eine der beiden Anschlussschnittstellen (3), in einer zweiten Stellposition die andere der beiden Anschlussschnittstellen (3) und in einer dritten Stellposition beide Anschlussschnittstellen (3) mit der Hauptanschlussschnittstelle (4) verbindend ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (5.1) wahlweise als schwenkbar gelagertes Klappenelement oder als drehbar gelagertes Hülsenelement ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (5) einen zylindrischen Raum (5.2) zur Aufnahme des Hülsenelements aufweist, wobei die beiden Anschlussschnittstellen (3) an einer Umfangsseite und die Hauptanschlussschnittstelle (4) an einer ersten Stirnseite des Raums (5.2) mündend ausgebildet sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement zu den verschiedenen Stellpositionen passende, vom Wärmeträgermedium durchströmbare Durchbrechungen (5.3) aufweist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (5) mindestens innen als abgewinkeltes Rohr ausgebildet ist, das einerseits mit den beiden Anschlussschnittstellen (3) und andererseits mit der Hauptanschlussschnittstelle (4) verbunden ist, wobei im Winkelbereich des Rohres das Klappenelement angeordnet ist, welches eine Querschnittsfläche einer halben Ellipse aufweist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anschlussschnittstellen (3) der Wendelwärmeübertrager (1, 2) als gemeinsamer Rohranschlussstutzen ausgebildet sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohranschlussstutzen zur Stelleinrichtung (5) offen ausmündende, jeweils mit einem Wendelwärmeübertrager (1, 2) verbundene Strömungsanschlüsse (6) aufweist.