DE3338932A1

DE3338932A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE3338932A1
Application number: DE19833338932
Authority: DE
Inventors: Joachim 8269 Burgkirchen Grabietz; Alfred 5800 Hagen Waschkowiak
Original assignee: Individual
Current assignee: Eco Therm Ag Mauren Li
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1985-05-09

Abstract

In a heat exchanger comprising an outer casing through which a heat-dissipating medium flows and which is provided with an inlet and outlet, and an internal piping arrangement through which a heat-absorbing medium flows in the opposite direction and which has an inlet and outlet, it is provided for the purpose of improving the efficiency in conjunction with cost-effective production and simple maintenance that the internal piping arrangement (11) comprises a plurality of mutually parallel pipes (12), each pipe (12) having an axially extending core (13) which occupies a portion of the clear cross-section. <IMAGE>

Description

"Wärmetauscher" "Heat exchanger"

Die Erfindung richtet sich auf einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention is directed to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Derartige Wärmetauscher dienen dazu, Wärme von einem wärmeren, wärmeabgebenden Medium auf ein kälteres, kälteaufnehmendes Medium zu übertragen, ohne daß die beiden Medien vermischt werden, d.h. die beiden Medien werden in getrennten Kreisläufen geführt. Um eine hohe Wärmeübertragung und damit einen hohen Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erreichen, ist es erforderlich, daß die Kontaktfläche zwischen den beiden Medien möglichst groß ist und das wärmeaufnehmende Medium mit hoher Relativgeschwindigkeit über eine möglichst lange Strecke gegen das wärmeabgebende Medium strömt.Such heat exchangers are used to collect heat from a warmer, heat-emitting one Medium to be transferred to a colder, cold-absorbing medium without the two Media are mixed, i.e. the two media are in separate circuits guided. To a high heat transfer and thus a high efficiency of the heat exchanger To achieve it, it is necessary that the contact surface between the two media is as large as possible and the heat-absorbing medium with high relative speed flows over the longest possible distance against the heat-emitting medium.

Um dies zu erreichen, sind bereits Rohranordnungen für das wärmeaufnehmende Medium in einem Außenmantel für das wärmeabgebende Medium vorgeschlagen worden, welche sehr dünne und verschlungen angelegte Rohre umfassen.In order to achieve this, pipe arrangements for the heat-absorbing Medium in an outer jacket for the heat-emitting medium has been proposed, which comprise very thin and tortuous pipes.

Durch eine derartige Anordnung wird zwar eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und eine relativ große Kontaktfläche erreicht, für die Brauchwasserbereitung z.B. sind aber derartige Anordnungen nicht oder allenfalls bedingt geeignet, da durch Kalkablagerungen derart dünne Rohre schnell zugesetzt werden und deren gekrümmte Anordnung eine mechanische Reinigung unmöglich macht. Es müssen also umständliche chemische Reinigungsmethoden eingesetzt werden, wobei wiederum die Gefahr einer Korrosion des Wärmetauscher-Materials besteht.Such an arrangement results in a high flow rate and achieves a relatively large contact area, e.g. however, such arrangements are not or at most conditionally suitable, because such thin pipes are quickly clogged by limescale deposits and their curved arrangement makes mechanical cleaning impossible. So it must be cumbersome chemical cleaning methods are used, again taking the risk of a There is corrosion of the heat exchanger material.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der sich weitgehend unter Verwendung von im Heizungsbau üblicher, standardisierter Teile und dementsprechend kostengünstig aufbauen läßt, welcher einen hohen Wirkungsgrad aufweist und sich durch Wartungsfreundlichkeit auszeichnet.Proceeding from this, the invention is based on the object of a To create heat exchangers, which are largely used in heating construction common, standardized parts and can be built accordingly inexpensively, which has a high degree of efficiency and is easy to maintain excels.

Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Wärmetauscher mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1.This object is achieved in a heat exchanger with the characteristic Features of claim 1.

Durch die Ausbildung der inneren Rohranordnung in Form einer Mehrzahl zueinander paralleler Rohre mit axialem Kern wird erreicht, daß die für einen optimalen Wärmeübergang erforderlichen Bedingungen einer großen Kontaktfläche und einer hinreichenden Strömungsgeschwindigkeit problemlos vereinbart werden können. Darüber hinaus liegt es auf der Hand, daß eine Anordnung paralleler Rohre mit axialem Kern verhältnismäßig kostengünstig hergestellt werden kann. Es ist also bezogen auf den konstruktiven Aufwand ein außerordentlich günstiger Wirkungsgrad erreichbar.By forming the inner tube arrangement in the form of a plurality mutually parallel tubes with an axial core is achieved that the optimum Heat transfer required conditions of a large contact area and sufficient Flow velocity can be agreed without any problems. In addition, lies it is obvious that an arrangement of parallel tubes with an axial core is relatively can be manufactured inexpensively. So it's related to the constructive Effort an extraordinarily favorable degree of efficiency can be achieved.

Die konstruktive Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht eine besonders einfache Lagerung der zueinander parallelen Rohre.The structural design according to claim 2 enables a particularly easy storage of the parallel pipes.

Die Maßnahme nach Anspruch 3 gestattet es, einerseits die Rohre mit den axialen Kernen bei der Herstellung in einfacher Weise zu versehen, d.h. den Wärmetauscher mit geringem Arbeitsaufwand herzustellen. Andererseits ermöglicht es die einschiebbare Ausgestaltung der axialen Kerne, diese zur Reinigung, insbesondere beim Auftreten von Kalkablagerungen, einfach herauszuziehen.The measure according to claim 3 allows on the one hand the tubes with to provide the axial cores in a simple manner during manufacture, i.e. the Manufacture heat exchangers with little effort. On the other hand, enables it is the retractable design of the axial cores, these for cleaning, in particular if limescale deposits appear, simply pull out.

Hierdurch wird also das Problem gelöst, daß trotz Gewährleistung eines für einen hohen Wärmeübergang erforderlichen geringen effektiven Querschnitts die Verkalkung der Anordnung kein Problem darstellt.This solves the problem that, despite ensuring one for a high heat transfer required small effective cross-section the Calcification of the arrangement is not a problem.

Besonders günstig erweist es sich, die axialen Kerne gemäß Anspruch 4 auszubilden. Hierdurch ist es möglich, die Kerne bei der Erstmontage oder nach der Reinigung axial ohne zusätzlichen Aufwand festzulegen, so daß sie zusammen mit den Abschlußteilen eine kompakte Einheit bilden.It proves to be particularly favorable to have the axial cores according to claim 4 train. This makes it possible to remove the cores during the initial assembly or after to set the cleaning axially without additional effort, so that they can be used together with the end parts form a compact unit.

Für eine radiale Arretierung der axialen Kerne in den Rohren sorgen die gemäß Anspruch 5 vorgesehenen Abstandshalter.Ensure that the axial cores are locked radially in the tubes the spacers provided according to claim 5.

Um einen noch intensiveren Kontakt des wärmeaufnehmenden Mediums über die Rohrwandung mit dem wärmeabgebenden Medium herbeizuführen, kann vorgesehen sein, daß das wärmeaufnehmende Medium mit Drall um den axialen Kern fließt. Um dies zu erreichen, kann um den axialen Kern z.B. eine drahtartige Spirale gelegt sein, welche das Medium mit Drall um den Kern führt und gleichzeitig als Abstandshalter dient, oder es kann vorgesehen sein, daß der axiale Kern aus einem in sich verwundenen Vierkantmaterial besteht.To ensure even more intensive contact with the heat-absorbing medium bringing about the pipe wall with the heat-emitting medium can be provided, that the heat-absorbing medium flows with a twist around the axial core. To do this A wire-like spiral, for example, can be placed around the axial core, which the medium leads around the core with a twist and at the same time serves as a spacer, or it can be provided that the axial core consists of a twisted one Consists of square material.

Eine weitere Montage- und Wartungserleichterung wird durch die Maßnahme nach Anspruch 7 erreicht, da z.B.The measure makes assembly and maintenance even easier achieved according to claim 7, since e.g.

zum Durchführen einer Reinigung lediglich die Zu- bzw.to carry out a cleaning only the supply or

Ablauf stutzen abgeschraubt zu werden brauchen.Drain neck need to be unscrewed.

In besonders vorteilhafter Weise findet der erfindungsgemäße Wärmetauscher in einer Heizungsanlage Verwendung, in welcher er als Verteiler eingesetzt ist und eine Mehrzahl längs seines Außenmantels angeordneter Vorlaufstutzen aufweist. Als solcher Verteiler wird ohnehin ein Außenmantel mit einer Mehrzahl von Stutzen benötigt. Dementsprechend braucht zusätzlich also lediglich nur noch die innere Rohranordnung vorgesehen werden, welche es ermöglicht, Brauchwasser mit der Wärme des Wassers im Heizungskreislauf zu erwärmen. Das wärmeabgebende Medium ist also das warme Wasser des Heizungskreislaufs, und das wärmeaufnehmende Medium in diesem Fall das kalt zugeführte, im Wärmetauscher erwärmte und dann einer Zapfstelle zugeleitete Brauchwasser. Der sich in axialer Richtung längs des Wärmeaustauschers bzw. Verteilers aufgrund des durchgeführten Kaltwassers einstellende Temperaturgradient kann zudem noch vorteilhaft insofern ausgenutzt werden, als beginnend vom wärmeren zum kälteren Ende nacheinander die Vorlaufstutzen z.B. für Heizkörper, für die Fußbodenheizung usw. angeordnet werden können.The heat exchanger according to the invention is particularly advantageous Use in a heating system in which it is used as a distributor and has a plurality of flow nozzles arranged along its outer jacket. as Such a distributor requires an outer jacket with a plurality of nozzles anyway. Accordingly, only the inner pipe arrangement is required in addition provided, which makes it possible to use domestic water with the heat of the water to be heated in the heating circuit. The heat-emitting medium is therefore the warm water of the heating circuit, and the heat-absorbing medium in this case the cold domestic hot water supplied, heated in the heat exchanger and then fed to a tap. Which extends in the axial direction along the heat exchanger or distributor due to the temperature gradient that sets the cold water that has been carried out can also be advantageous to the extent that they are exploited, as starting from the warmer to the colder end one after the other the flow connections e.g. for radiators, for underfloor heating etc. are arranged can be.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Fig. 2a und b einen Schnitt durch die beiden Endabschnitte des Wärmetauschers, und Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1.Further features, advantages and details of the invention result from the following description of a preferred embodiment with reference to FIG Drawing. 1 shows a side view of a heat exchanger according to the invention, 2a and b show a section through the two end sections of the heat exchanger, and FIG. 3 shows a section along the line A-A in FIG. 1.

Ein in Fig. 1 dargestellter Wärmetauscher umfaßt einen ein wärmeabgebendes Medium aufnehmenden Außenmantel 1 mit einem Zulauf stutzen 2 und einer Mehrzahl von Ablaufstutzen 3, 4, von welchen beispielsweise zwei eingezeichnet wurden.A heat exchanger shown in Fig. 1 comprises a heat emitting Medium-receiving outer jacket 1 with an inlet nozzle 2 and a plurality of outlet nozzles 3, 4, of which, for example, two have been drawn.

Der Außenmantel 1 ist beidseitig durch Abschlußteile 5, 6 verschlossen. Beiderseits außerhalb der Abschlußteile befinden sich Zu- bzw. Ablaufansätze 7 bzw. 8 mit Zu- bzw.The outer jacket 1 is closed on both sides by closure parts 5, 6. On both sides outside of the closing parts there are inflow and outflow approaches 7 or 8 with access or

Ablaufstutzen 9 bzw. lo.Drain connection 9 or lo.

Zwischen den Abschlußteilen 5, 6 ist eine Rohranordnung 11 gelagert. Die Rohranordnung 11 umfaßt eine Mehrzahl zueinander paralleler, sich in axialer Richtung erstreckender Rohre 12. Die Rohre 12 sind in Bohrungen 20 der Abschlußteile 5 bzw. 6 gelagert. Jedes Rohr 12 ist in seinem Inneren mit einem axialen Kern 13 versehen, welcher einen Teil des lichten Querschnitts der Rohre 12 ausfüllt.A pipe arrangement 11 is mounted between the end parts 5, 6. The tube arrangement 11 comprises a plurality of mutually parallel, axially Direction of extending tubes 12. The tubes 12 are in bores 20 of the end pieces 5 or 6 stored. Each tube 12 is provided with an axial core 13 in its interior provided, which fills part of the clear cross section of the tubes 12.

Die axialen Kerne 13, welche z.B. aus Metall hergestellt sind, weisen im Bereich des einen Abschlußteils 6 um 1800 umgebogene äußere Ansätze 14 auf, deren Endabschnitte 15, wie in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellt, in den Zwischenräumen 16 zwischen den Rohren 12 arretiert sind. Hierdurch wird eine Fixierung der Kerne in axialer Richtung erreicht. Die radiale Fixierung der Kerne erfolgt im Ausführungsbeispiel durch weitgehend punktförmig ausgebildete Abstandshalteeinrichtungen 17, welche dementsprechend den Durchfluß des wärmeaufnehmenden Mediums kaum behindern.The axial cores 13 made of metal, for example in the area of a closing part 6 to 1800 bent outer lugs 14, their End sections 15, as not shown in detail in the drawing, in the spaces 16 are locked between the tubes 12. This fixes the cores reached in the axial direction. The radial fixation of the cores takes place in the exemplary embodiment by largely punctiform spacer devices 17, which accordingly hardly obstruct the flow of the heat-absorbing medium.

Diese Abstandshalteeinrichtungen können, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, z.B. auch spiralförmig ausgebildet sein.These spacers can, which is not in the drawing is shown, e.g. also be formed in a spiral shape.

Der Zulaufansatz 7 für das wärmeaufnehmende Medium ist über einen Gewindeansatz 18, welcher auf ein Außengewinde 19 am Abschlußteil 6 auf schraubbar ist, mit dem Außenmantel 1 lösbar zu verbinden. Hierdurch ist es möglich, einerseits den Wärmetauscher leicht zu montieren und andererseits auch bei der Wartung einfach zu den axialen Kernen zu gelangen. Diese können zur Beseitigung von Kalkablagerungen problemlos herausgezogen werden, wobei dann die Rohre 12 erforderlichenfalls durch entsprechende mechanische Einrichtungen noch gereinigt werden können.The inlet approach 7 for the heat-absorbing medium is via a Threaded attachment 18, which can be screwed onto an external thread 19 on the end part 6 is to be releasably connected to the outer jacket 1. This makes it possible on the one hand the heat exchanger is easy to assemble and, on the other hand, easy to maintain to get to the axial cores. These can help remove limescale deposits can be easily pulled out, then the tubes 12 through if necessary corresponding mechanical devices can still be cleaned.

Beim Einsatz als Verteiler in Heizanlagen sind dem Wärmetauscher noch zusätzliche Regeleinrichtungen zugeordnet, welche jedoch von konventioneller Bauart sind und deshalb im einzelnen nicht dargestellt und beschrieben werden.When used as a distributor in heating systems, the heat exchanger is still assigned additional control devices, which, however, are of conventional design and are therefore not shown or described in detail.

In dieser Betriebsweise fließt kaltes Brauchwasser durch den Zulaufstutzen 9 in den Zulaufansatz 7 und gelangt dann in die Rohre 12, deren Querschnitt durch die axialen Kerne 13 derart vermindert ist, daß das kalte Brauchwasser an keiner Stelle einen größeren Abstand zum Mantel der Rohre 12 aufweist, so daß also ein sehr guter thermischer Kontakt gewährleistet ist. Gleichzeitig wird durch diese Ausgestaltung eine einen guten Wirkungsgrad fördernde relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit erzielt. Der Außenmantel 1 des Wärmetauschers dient gleichzeitig als Verteiler für das in entgegengesetzte Richtung geführte Heizwasser, welches über den Zulaufstutzen 2 zugeführt wird und über Ablaufstutzen 3, 4 abgeleitet wird. Das warme Heizungswasser kühlt sich hierdurch längs des Außenmantels 1 in axialer Richtung ab, d.h. es entsteht in axialer Richtung ein Temperaturgradient derart, daß das vom Ablaufstutzen 4 entnommene Heizwasser kälter ist als das beim Ablaufstutzen 3 entnommene Heizwasser. Dieser Temperaturgradient kann in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung systematisch ausgenutzt werden, indem z.B.In this mode of operation, cold domestic water flows through the inlet connection 9 in the inlet approach 7 and then passes into the pipes 12, the cross section of which is through the axial cores 13 is so reduced that the cold domestic water at none Place a greater distance to the jacket of the tubes 12, so that a very good thermal contact is guaranteed. At the same time through this Design a relatively high flow rate promoting a good efficiency achieved. The outer jacket 1 of the heat exchanger also serves as a distributor for the heating water, which is led in the opposite direction and via the inlet connection 2 is supplied and is discharged via outlet nozzles 3, 4. The warm heating water thereby cools down along the outer jacket 1 in the axial direction, i.e. it arises in the axial direction, a temperature gradient such that that of the drain connection 4th The heating water withdrawn is colder than the heating water withdrawn from the drain connection 3. This temperature gradient can be systematic in the embodiment according to the invention be exploited by e.g.

für Fußbodenheizungen die Vorlauftemperatur ohnehin niedriger sein soll als für Raumheizkörper.for underfloor heating the flow temperature must be lower anyway intended as for space radiators.

Am Ablauf stutzen lo des Ablaufansatzes 8 tritt erwärmtes Brauchwasser aus und kann z.B. an einer Zapfstelle zugeführt werden.Heated service water occurs at the drain port lo of the drain attachment 8 and can be fed to a tap, for example.

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Claims

Claims 1. A heat exchanger comprising one of a heat emitting Medium-flowing, provided with an inlet and outlet outer jacket and a Inner tube arrangement through which a heat-absorbing medium flows in opposite directions with an inlet and outlet, characterized. that the inner tube assembly (11) a plurality of mutually parallel tubes (12), each tube (12) having one axially extending core occupying part of the clear cross section (13).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the individual pipes (12> at the end on the outlet side and in each case with a corresponding Bores (20) provided terminating part (5 or 6) are stored.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the axial cores (13) can be pushed into the tubes (12).

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized.

that the axial cores (13> outer lugs bent by 180 ° (14) have, the end portion (15) of which in the spaces (16) between the tubes (12) can be determined.

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that that between the axial cores (13) and the tubes (12) spacers (17) are provided.

6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the axial cores (13) are designed such that the heat-absorbing medium flows with a twist around the axial core (13).

7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that that in the area of the end parts (5 or 6) a thread (19) for screwing on a Inlet and / or outlet approach (7) is provided for the heat-absorbing medium.

8. Heating system comprising a heat exchanger according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the heat exchanger is used as a distributor is and a plurality of along its outer jacket (1) arranged drainage nozzles for has the heating flow.