DE19628773A1

DE19628773A1 - Wärmetauscher zur Brauchwasserbereitung

Info

Publication number: DE19628773A1
Application number: DE19628773A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Phys Schmidt; Karl-Heinz Mayr
Original assignee: KME Schmoele GmbH
Current assignee: KME Schmoele GmbH
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-01-22
Also published as: DK0819892T3; EP0819892A2; PT819892E; ATE239196T1; ES2198517T3; EP0819892A3; DE59709951D1; EP0819892B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Brauchwas serbereitung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die EP 0 178 351 B1 zählt ein Wärmetauscher zur Be reitstellung von Brauchwasser zum Stand der Technik. Hier ist eine Rohrwendel, durch die das Brauchwasser geführt wird, in einem zylindrischen Behälter um einen inneren Einsatz ange ordnet, wobei die Rohrwendel zwischen dem Einsatz und der Be hälterwandung eingebracht ist. Das Heizwasser fließt durch den Behälter. Durch den Kontakt mit der Rohrwendel findet die Übertragung der Wärmeenergie auf das Brauchwasser statt.

Bei der Auslegung eines Wärmetauschers ist man grundsätzlich bestrebt, eine möglichst hohe Tauscherleistung bei anwen dungstechnisch sinnvollem Bauvolumen zu erreichen. Dem be kannten Wärmetauscher haftet hier jedoch der Nachteil an, daß zur Erreichung einer geforderten Tauscherleistung, und zwar unter Berücksichtigung einer vertretbaren Behälterlänge, der Durchmesser der Rohrwendel entsprechend groß bemessen werden muß. Dies führt insgesamt zu einer vergleichsweise großen Rohrlänge. Bedingt durch den dann größeren Ringquerschnitt der Rohrwendel ergibt sich auch eine geringere Strömungsge schwindigkeit, was zu einem schlechten Wärmeübergang führt.

Nachteilig ist weiterhin, daß das Heizwasser den Behälter vom Eintritt zum Austritt hin nur gleichlaufend in Längsrichtung durchströmt. Der Wärmeaustausch kann so nur während eines vergleichsweise kurzen Zeitraums stattfinden.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei anwendungstechnisch günstigem Bauvolumen einen verbesserten Wärmeaustausch gewährleistet und damit energiesparend arbei tet.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkma len.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, die Rohrwendel in einer umfangsseitig des Einsatzes verlaufenden schrauben linienförmigen Nut anzuordnen und das Heizwasser durch die Nut zu führen.

Die Rohrwendel stützt sich in der Nut ab. Dies ermöglicht eine sehr kompakte und stabile Bauweise des Wärmetauschers. Der Kontaktweg zwischen den Tauschermedien Heizwasser und Brauchwasser ist bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher um ein Vielfaches höher als bei solchen Bauarten, bei denen das Heizwasser den Wärmetauscher nur longitudinal von einem Ende zum anderen durchströmt. Folglich ist auch die Kontaktzeit zwischen den Tauschermedien bauartbedingt sehr hoch. Durch den intensiven Wärmeübergang kann die Länge der Rohrwendel deutlich kürzer ausgelegt werden. Dementsprechend ist dann auch eine wesentliche Verkleinerung des Durchmessers der Rohrwendel möglich. Praktische Vergleiche haben ergeben, daß das Bauvolumen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bei ver gleichbarer Leistung zu einem Wärmetauscher herkömmlicher Bauart um etwa die Hälfte reduziert werden kann.

Die Einbaulage des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist unab hängig von der Durchführrichtung des Brauch- bzw. Heizwas sers. Der Wärmetauscher kann daher hinsichtlich seiner Längsachse sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet werden.

Grundsätzlich ist es möglich, die Nut für die Rohrwendel in einer gesonderten Hülse unterzubringen, welche über den zen tralen Einsatz geschoben wird. Die Nut kann auch am Außenum fang des Behälters ausgebildet werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Grundgedankens ist in den Merkmalen des Anspruchs 2 zu sehen. Danach ist die Nut am Außenumfang des Einsatzes ausgeformt. In diese Nutenstruktur wird die Rohrwendel eingedreht. Eine derart vormontierte Einheit kann dann kom plett in Axialrichtung in den Behälter geschoben werden. Diese Vorgehensweise ist rationell, läßt sich fertigungstech nisch gut automatisieren und gewährleistet eine einwandfreie exakte Montage der Rohrwendel im Einsatz.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 kontaktiert der genutete Einsatz mit seiner äußeren Oberfläche die Innenwand des Be hälters mediendicht.

Auf diese Weise wird das Heizwasser gezwungen, exakt in Längsrichtung der Rohrwendel, das heißt parallel zu dieser zu strömen. Daraus ergibt sich ein langer Kontaktzeitraum des Heizwassers mit der das Brauchwasser führenden Rohrwendel und damit ein intensiver Wärmeübergang. Der Wirkungsgrad eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist daher entsprechend hoch.

Als besonders zweckmäßig ist die im Anspruch 4 charakte risierte Ausbildung anzusehen, wonach sich die Flanken der Nut in Richtung auf die Innenwand lippenartig verjüngen.

Der Außendurchmesser des Einsatzes ist dann geringfügig grö ßer bemessen als der Innendurchmesser des Behälters, so daß sich die Enden der Flanken beim Einschieben des Einsatzes in den Behälter leicht umbiegen. Nach dem Einschieben liegen die Enden dann dichtlippenartig an der Behälterwand an.

Zur Unterstützung einer guten Lageorientierung und Halterung der Rohrwendel im Einsatz sind nach Anspruch 5 Fixierungsele mente in der Nut vorgesehen.

Auch wenn unterschiedliche Ausführungsformen der Fixie rungselemente denkbar sind, ist eine für die Praxis besonders vorteilhafte Lösung darin zu sehen, die Fixierungselemente als Wulste an den Flanken der Nut auszubilden (Anspruch 6). Diese Ausführungsform ist ohne wesentlichen fertigungstechni schen Mehraufwand zu realisieren und gewährleistet einen ein wandfreien Ringraum für die Durchführung des Heizwassers.

Obwohl der zentrale Einsatz aus allen geeigneten Materialien hergestellt sein kann, besteht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform in den Merkmalen des Anspruchs 7. Danach be steht der Einsatz aus einem thermoplastischen Kunststoff. Demzufolge zeichnet sich der Einsatz bei robuster und korro sionsunempfindlicher Bauweise durch ein verhältnismäßig ge ringes Gewicht aus.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 8 weist der Einsatz einen inneren Kanal auf.

Praktisch bietet es sich an, den Einsatz hohlzylindrisch aus zubilden. Die Wandung des Einsatzes kann dabei ver hältnismäßig dünn ausgelegt werden. Neben der damit ver bundenen weiteren Gewichtsersparnis kann der innere Kanal zur Führung des Heizwassers und/oder von Rohrleitungsabschnitten benutzt werden.

Auf diese Weise kann eine Ausführung realisiert werden, bei der das Heizwasser durch den inneren Kanal auf die dem Ein tritt gegenüberliegende Seite des Wärmetauschers geführt, hier umgelenkt und durch den Ringraum zwischen der Rohrwendel und der Nut zurückgeführt wird. Die Anschlüsse des Wärmetau schers, und zwar sowohl für das Brauchwasser als auch für das Heizwasser, liegen dann alle auf einer Seite des Wärmetau schers.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines Wärmetauschers im verti kalen Längsschnitt;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt II der Fig. 1;

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt III der Fig. 2;

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt IV der Fig. 2 und

Fig. 5 ebenfalls im vertikalen Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Wärmetauscher zur Brauchwas serbereitung veranschaulicht. Mit dem Pfeilen BW ist die Füh rung des Brauchwassers und mit den Pfeilen HW die Führung des Heizwassers gekennzeichnet.

Der Wärmetauscher 1 umfaßt im wesentlichen einen Behälter 2 mit einem inneren zentralen Einsatz 3, um den eine aus einem Rohr 4 gebildete Rohrwendel 5 geführt ist. Der Einsatz 3 be steht aus einem vernetzten Polyethylen.

Am Außenumfang 6 des Einsatzes 3 ist eine schraubenli nienförmige Nut 7 ausgeformt. In die Nut 7 ist die Rohrwendel 5 eingedreht. Die vormontierte Einheit aus Einsatz 3 und Rohrwendel 5 ist in den Behälter 2 geschoben, wobei der Ein satz 3 mit seiner äußeren Oberfläche 8 die Innenwand 9 des Behälters 2 mediendicht kontaktiert. Auf diese Weise wird ein Ringraum 10 zwischen der Rohrwendel 5 und der Nut 7 gebildet.

Das Brauchwasser BW tritt über den Einlaß 11 in die Rohr wendel 5 ein, durchströmt diese und wird über den Rohrab schnitt 12 und den Auslaß 13 wieder abgezogen. Gleichzeitig strömt Heizwasser HW über einen Einlaß 14 in einen inneren Kanal 15 des hohlzylindrisch ausgebildeten Einsatzes 3. Auf der dem Einlaß 14 gegenüberliegenden Endseite 16 wird das Heizwasser HW umgelenkt und tritt in die Nut 7 bzw. den Ring raum 10 ein. Das Heizwasser HW durchströmt dann den Ringraum 10 aufwärts schraubenlinienförmig bis zum Heizwasserauslaß 17. Auf diese Weise ist ein langer Kontaktzeitraum des Heiz wassers HW mit der das Brauchwasser BW führende Rohrwendel 5 gegeben, so daß ein intensiver Wärmeübergang stattfindet.

Wie insbesondere die Fig. 2 und 3 zeigen, verfügt die Nut 7 über Flanken 18, 19, welche sich in Richtung auf die Innen wand 9 des Behälters 2 lippenartig verjüngen. Der Außendurch messer des Einsatzes 3 ist so bemessen, daß sich die Enden 20 der Flanken 18, 19 beim Einschieben des Einsatzes 3 in den Behälter 2 leicht umbiegen, wie dies Fig. 3 zeigt. Die Enden 20 liegen dann dicht an der Innenwand 9 an. Damit ist eine Zwangsführung des Heizwassers HW durch den Ringraum 10 zwi schen der Rohrwendel 5 und der Nut 7 gewährleistet.

Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß in der Nut 7 Fixie rungselemente 21 für die Rohrwendel 5 angeordnet sind. Diese werden von aus an den Flanken 18, 19 vorgesehenen Wulsten 22, 23 gebildet. Die Wulste 22, 23 sorgen für einen korrekten Ab stand und die Lageorientierung der Rohrwendel 5 in der Nut 7.

Die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eines Wärme tauschers 24 umfaßt wiederum einen Behälter 25, einen inneren zentralen Einsatz 26 und eine Rohrwendel 27. Der Einsatz 26 wird von einem Hohlzylinder 28 aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet, an dessen Außenumfang 29 eine schrauben linienförmige Nut 30 ausgebildet ist. In der Nut 30 ist die Rohrwendel 27 geführt.

Die dargestellte Einbaulage des Wärmetauschers 24 ist waage recht.

Wie in der Fig. 5 weiter zu erkennen ist, verfügt der Wärme tauscher 24 über einen Heizwassereinlaß 31 und einen Heizwas serauslaß 32, welche an den gegenüberliegenden Endseiten 33 bzw. 34 des Wärmetauschers 24 liegen. Das Brauchwasser BW wird über den Einlaß 35 zugeführt und durch den Rohrabschnitt 36 zunächst bis zur Endseite 34 geleitet, bevor es durch die Rohrwendel 27 zum Auslaß 37 fließt. In Gegenrichtung zum Brauchwasser BW wird das Heizwasser HW der schraubenlinien förmigen Nut 30 folgend bis zum Heizwasserauslaß 32 geführt, wo es den Wärmetauscher 24 verläßt.

Der Kontaktweg für die Übertragung der Wärmeenergie vom Heiz wasser HW auf das durch die Rohrwendel 27 fließende Brauch wasser BW ist damit ausreichend lang, so daß ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.

Bezugszeichenliste

1 Wärmetauscher
2 Behälter
3 Einsatz
4 Rohr
5 Rohrwendel
6 Außenumfang v. 3
7 Nut
8 Oberfläche v. 3
9 Innenwand v. 2
10 Ringraum
11 Einlaß v. 5
12 Rohrabschnitt
13 Auslaß
14 Heizwassereinlaß
15 innerer Kanal v. 3
16 Endseite v. 1
17 Heizwasserauslaß
18 Flanke v. 7
19 Flanke v. 7
20 Ende
21 Fixierungselemente
22 Wulst
23 Wulst
24 Wärmetauscher
25 Behälter
26 Einsatz
27 Rohrwendel
28 Hohlzylinder
29 Außenumfang v. 26
30 Nut
31 Heizwassereinlaß
32 Heizwasserauslaß
33 Endseite v. 24
34 Endseite v. 24
35 Einlaß
36 Rohrabschnitt
37 Auslaß
BW Brauchwasser
HW Heizwasser

Claims

1. Wärmetauscher zur Brauchwasserbereitung, bei welchem eine Rohrwendel (5, 27) zur Führung von Brauchwasser in einem Behälter (2, 25) um einen zentralen Einsatz (3, 26) angeordnet und der Behälter (2, 25) mit Heizwasser beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwendel (5, 27) in einer umfangsseitig des Einsatzes (3, 26) verlaufenden schraubenlinienförmigen Nut (7, 30) angeordnet und das Heizwasser in der Nut (7, 30) geführt ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (7, 30) am Außenumfang (6, 29) des Einsatzes (3, 26) ausgeformt ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genutete Einsatz (3) mit seiner äußeren Oberflä che (8) die Innenwand (9) des Behälters (3) mediendicht kontaktiert.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (18, 19) der Nut (7) in Richtung auf die Innenwand (9) sich lippenartig verjün gend auslaufen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nut (7) Fixierungselemente (21) für die Rohrwendel (5) angeordnet sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierungselemente (21) aus an den Flanken (18, 19) vorgesehenen Wulsten (22, 23) gebildet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3, 26) aus einem ther moplastischen Kunststoff besteht.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3) einen inneren Kanal (15) aufweist.