Wärmetauscher heat exchangers
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Schwimmbäder mit einem länglichen Hohlkörper mit Anschlüssen zum Zulauf und Ablauf eines ersten und eines zweiten Mediums, bei denen das erste Medium im Gegenstrom oder Gleichstrom zu einem zweiten Medium durch den länglichen Hohlkörper geführt wird und das zweite Medium ein wendeiförmiges Rohr durchströmt, das sich längsaxial zwischen den Stirnseiten des Hohlkörpers erstreckt, und worin vom Hohlkörperinnenmantel mehrere Umlenkelemente in den Hohlkörperinnenraum hineinragen, welche die Strömung des ersten Mediums umlenken.The invention relates to a heat exchanger, in particular for swimming pools with an elongated hollow body with connections to the inlet and outlet of a first and a second medium, in which the first medium is passed in countercurrent or direct current to a second medium through the elongated hollow body and the second medium flows through helical tube, which extends longitudinally axially between the end faces of the hollow body, and in which project from the inner hollow body shell a plurality of deflection in the hollow body interior, which deflect the flow of the first medium.
Schwimmbadwärmetauscher werden dazu verwendet, das Badewasser als erstes Medium mit Hilfe eines Heizmittels als zweites Medium zu erwärmen. Üblicherweise werden dazu Wärmetauscher verwendet, die im Wesentlichen aus einem großen Leitungsrohr für Badewasser und einer darin verlegten Heizschlange für ein Heizmittel zusammengesetzt. Beim Durchströmen der beiden Medien in ihren zugehörigen Rohrleitungen nimmt das Badewasser die Wärme von dem Heizmittel auf, was infolgedessen kühler wird. Die Heizschlange kann beliebige Formen innerhalb des Wärmetauschers annehmen. Die Effektivität üblicher Wärmetauscher hängt unter anderem davon ab, wie groß die Oberfläche der Heizschlange innerhalb des Wärmetauschers ist. Je größer die Oberfläche der Heizschlange ist, desto effektiver arbeitet der Wärmetauscher. Üblicherweise wird zur Oberflächenvergrößerung die Heizschlange wendeiförmig innerhalb des Wärmetauschers verlegt. Bei Wärmetauschern der vorbeschriebenen Art fließt das zu erwärmende Medium mittig durch die spiralförmige Heizschlange oder das Medium umströmt die Heizspirale außen. Das gleiche Prinzip wird auch bei Durchlauferhitzern eingesetzt, bei denen die Heizschlange eine elektrisch beheizbare Heizschlange ist. Der Unterschied zu einem Wärmetauscher darin, dass bei einem Durchlauferhitzer wesentlich mehr Wärme an das durchfließende Wasser abgegeben wird. Alle in der Beschreibung und in den Ansprüchen benannten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind prinzipiell auf einen Durchlauferhitzer gleicher Bauart übertragbar.
Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise in der DE 100 51 756 B4 beschrieben. Ein Heizmittel wird über senkrecht am Wärmetauschergehäuse angebrachte Zuführleitungen in das Wärmetauschergehäuse geleitet und durchströmt die Heizschlange. Gleichzeitig wird Badewasser im Wärmetauscher längsaxial geführt, umströmt dabei die Heizschlange und nimmt infolgedessen Wärme auf. Die Durchflussrichtungen beider Medien durch den Wärmetauscher sind gegenläufig zueinander gewählt.Pool heat exchangers are used to heat the bath water as a first medium by means of a heating medium as a second medium. Typically, this heat exchangers are used, which consists essentially of a large pipe for bathing water and a heating coil laid therein for a heating medium. As it flows through the two media in their associated pipes, the bath water absorbs the heat from the heating means, which consequently becomes cooler. The heating coil can take any forms within the heat exchanger. The effectiveness of conventional heat exchangers depends inter alia on how large the surface of the heating coil is within the heat exchanger. The larger the surface of the heating coil, the more effective the heat exchanger works. Usually, the heating coil is laid helically within the heat exchanger to increase the surface area. In heat exchangers of the type described above, the medium to be heated flows centrally through the spiral heating coil or the medium flows around the heating spiral on the outside. The same principle is also used in instantaneous water heaters in which the heating coil is an electrically heated heating coil. The difference to a heat exchanger in that in a water heater much more heat is delivered to the water flowing through. All named in the description and in the claims embodiments of the heat exchanger according to the invention are in principle transferable to a water heater of the same type. Such a heat exchanger is described for example in DE 100 51 756 B4. A heating medium is passed through vertically attached to the heat exchanger housing feed lines in the heat exchanger housing and flows through the heating coil. At the same bath water is guided longitudinally in the heat exchanger, thereby flows around the heating coil and consequently absorbs heat. The flow directions of both media through the heat exchanger are chosen in opposite directions.
Die US 5,309,987 beschreibt einen Wärmetauscher mit Prallplatten, die sich bis auf wenige Öffnungen zirkulär über den Innenmantel eines zylinderförmigen Gehäuses erstrecken und die dafür sorgen sollen, einen turbulenten Fluss des durchströmenden Mediums zu erzeugen. Durch die schrägwinklige Anordnung der Prallbleche zur Gehäuselängsachse besteht die Gefahr, dass aufgrund auftretender Turbulenzen in Einzelbereichen Stauzonen entstehen, aus denen das verwendete erste Medium nur unzureichend abfließt, so dass es auch nur zu einem unzureichenden Wärmeübergang kommen kann.No. 5,309,987 describes a heat exchanger with baffle plates, which, except for a few openings, extend in a circular manner over the inner jacket of a cylindrical housing and which are intended to produce a turbulent flow of the medium flowing through. Due to the oblique arrangement of the baffles to the housing longitudinal axis there is the danger that due to occurring turbulence in individual areas accumulation zones arise, from which the used first medium flows only insufficient, so that it can only come to an insufficient heat transfer.
Die US 1 ,893,484 beschreibt einen Wärmetauscher, der ein zylinderförmiges Gehäuse besitzt, an dessen Innenmantel spiralförmig angeordnete Leitschaufeln vorgesehen sind. Durch diese spiralartige Anordnung der Leitschaufel wird im Gegensatz zum mittleren Bereich des Gehäuseinnenraums, in dem das wendeiförmige Rohr angeordnet ist, eine deutlich größere laminare Strömung erzeugt, so dass die Gefahr besteht, dass sich das erste Medium im Bereich des wendeiförmigen Rohres staut und nicht abfließt.US Pat. No. 1,893,484 describes a heat exchanger which has a cylindrical housing, on the inner shell of which helically arranged guide vanes are provided. By this spiral-like arrangement of the guide vane, in contrast to the central region of the housing interior, in which the helical tube is arranged, a significantly larger laminar flow is generated, so that there is a risk that the first medium accumulates in the region of the helical tube and does not flow off ,
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung bekannte Wärmetauscher derart zu verbessern, dass die Energieeffizienz optimiert wird, wobei die Konstruktion des Wärmetauschers trotzdem kompakt und platzsparend sein soll.It is an object of the present invention to improve known heat exchanger such that the energy efficiency is optimized, the design of the heat exchanger should still be compact and space-saving.
Diese Aufgabe wird durch den Wärmetauscher nach Anspruch 1 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umlenkelemente in alternierender Reihenfolge von jeweils gegenüberliegenden Hohlkörperseiten in den Hohlkörperinnenraum bis in den
Bereich des wendeiförmigen Rohres so hineinragen, dass sie zwischen zwei Wendeln enden und dass der Hohlkörperinnenmantel abschnittsweise mehrere konkav geformte Einschnürungen aufweist.This object is achieved by the heat exchanger according to claim 1, which is characterized in that the deflecting elements in alternating sequence of each opposite hollow body sides in the hollow body interior to the Area of the helical tube protrude so that they end between two coils and that the hollow body inner shell has a plurality of concave constrictions in sections.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further developments of the invention are described in the subclaims.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist insbesondere dafür vorgesehen, Schwimmbadwasser zu erwärmen, aber es lassen sich auch andere Flüssigkeiten erwärmen. Beispielsweise könnte der Wärmetauscher zum Erwärmen von Aquariumwasser eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist prinzipiell auch dafür geeignet, als Kältetauscher verwendet zu werden.The heat exchanger according to the invention is particularly intended to heat pool water, but it can also heat other liquids. For example, the heat exchanger could be used to heat aquarium water. The heat exchanger according to the invention is in principle also suitable for use as a cold exchanger.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht insbesondere darin, dass die vorhandenen Umlenkelemente das zu erwärmende Brauchwasser gezielt in Richtung des wendeiförmigen Rohres leiten. Des Weiteren soll die Strömungsgeschwindigkeit des ersten Mediums (Brauchwasser) so gesteuert werden, dass entlang der wendeiförmigen Rohr-Schlange eine längere Verweilzeit und damit ein größerer Wärmeübergang erreicht wird.The effect of the heat exchanger according to the invention consists in particular in that the existing deflecting direct the hot water to be heated in the direction of the helical tube. Furthermore, the flow rate of the first medium (service water) should be controlled so that along the helical pipe snake a longer residence time and thus a greater heat transfer is achieved.
Das anströmende erste Medium wird von dem Umlenkelement gezielt zwischen die wendeiförmigen Rohre geführt, wobei im Bereich der Einschnürung des länglichen Hohlkörpers eine Fließbeschleunigung und in den zwischen den Einschnürungen liegenden Erweitungsbereichen des Hohlkörperinnenraums Druckentspannungen und damit geringere Fließgeschwindigkeiten erzeugt werden.The inflowing first medium is selectively guided by the deflecting between the helical tubes, wherein in the region of the constriction of the elongated hollow body, a flow acceleration and in the extension regions lying between the constrictions of the hollow body interior pressure relaxations and thus lower flow velocities are generated.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der längliche Hohlkörper im Querschnitt oval oder länglich rund ausgebildet, wobei die Umlenkelemente vorzugsweise an den Schmalseiten des Ovals angeordnet sind. Auch diese Maßnahme optimiert sowohl die Verweilzeit des ersten Mediums im Bereich der wendeiförmigen Rohrschlangen als auch die Stabilität des Wärmetauschergehäuses.
Weiterhin vorzugsweise sind zwischen zwei benachbarten Umlenkelementen zwei bis drei 360° Windungen des wendeiförmigen Rohres angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass diese Optimierung einen größtmöglichen Wärmeübergang zwischen dem wendeiförmigen Rohr und dem ersten Medium schafft. Zu demselben Zweck dient die Ausgestaltung des wendeiförmigen Rohres als Wellrohr, das im Unterschied zu einem glattwandigen Rohr eine größere Oberfläche hat.According to a particular embodiment of the invention, the elongated hollow body in cross-section oval or elongated round, wherein the deflecting elements are preferably arranged on the narrow sides of the oval. This measure also optimizes both the residence time of the first medium in the area of helical coils and the stability of the heat exchanger housing. Further preferably, two to three 360 ° turns of the helical tube are arranged between two adjacent deflection elements. It has been found that this optimization creates the greatest possible heat transfer between the helical tube and the first medium. For the same purpose, the design of the helical tube serves as a corrugated tube, which has a larger surface area in contrast to a smooth-walled tube.
Der Hohlkörperinnenmantel weist eine glatte Oberfläche auf, womit Ablagerungen und unerwünschte Turbolenzen des dort vorbeiströmenden ersten Mediums vermieden werden.The hollow body inner shell has a smooth surface, whereby deposits and unwanted turbulence of the first medium flowing past there are avoided.
Weiterhin zur Optimierung des Strömungsflusses des ersten Mediums sind die Umlenkelemente Flachkörper mit einer vorzugsweisen konkav gekrümmten Innenkante.Furthermore, in order to optimize the flow flow of the first medium, the deflection elements are flat bodies with a preferably concavely curved inner edge.
Sowohl aus herstellungstechnischen Gründen als auch um die unerwünschte Wärmeabgabe des Gehäuses an die Außenumgebung zu verhindern, ist der längliche Hohlkörper, vorzugsweise einschließlich der Umlenkelemente aus Kunststoff, insbesondere Polyamid gefertigt. Das Kunststoffgehäuse kann insbesondere durch Spritzgießen hergestellt werden.Both for manufacturing reasons and to prevent the unwanted heat dissipation of the housing to the outside environment, the elongated hollow body, preferably including the deflecting elements made of plastic, in particular polyamide. The plastic housing can be produced in particular by injection molding.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der längliche Hohlkörper aus mehreren, ineinander steckbaren Rohrstücken, die lösbar miteinander verbunden sind. Auf diese Art und Weise wird ein modular aufgebauter Wärmetauscher geschaffen, der aus beliebig vielen Einzelstücke aus hitzebeständigem und vor allem korrosionsfesten Kunststoff mit hoher Isolationswirkung und hoher Sicherheit gegen Verkalkung besteht.In a further embodiment of the invention, the elongated hollow body consists of several, one another plug-in pieces of pipe which are detachably connected to each other. In this way, a modular heat exchanger is created, which consists of any number of individual pieces of heat-resistant and especially corrosion-resistant plastic with high insulation and high security against calcification.
Zur Befestigung des länglichen Hohlkörpers an einer Wand besitzt sein Gehäuse an seinem Außenmantel hervorstehende Laschen mit einer Durchbrechung zum Durchgriff einer Befestigungsschraube.
Weiterhin vorzugsweise ist zur Befestigung des länglichen Hohlkörpers an einer Wand ein Bügel vorgesehen, dessen Enden um 180° umgebogen sind und in einer Draufsicht betrachtet kongruent angeordnete Bohrungen zum Durchgriff eines Bolzen- oder Schraubenschaftes aufweisen.To attach the elongated hollow body to a wall, its housing has on its outer jacket protruding tabs with an opening for the passage of a fastening screw. Further preferably, a bracket is provided for fastening the elongated hollow body to a wall, the ends of which are bent by 180 ° and viewed in a plan view arranged congruently arranged bores for the passage of a bolt or screw shank.
Die 180°-Biegung der Bügelenden schafft die Möglichkeit, den Bolzen oder die Schraube so anzuziehen, dass in dem U-förmigen umgebogenen Teil eine Druckspannung aufgebaut wird, durch welche von vornherein eine Lockerung der Schraubverbindung vermieden wird.The 180 ° bend of the strap ends makes it possible to tighten the bolt or the screw in such a way that a compressive stress is built up in the U-shaped bent part, which loosens the screw connection from the outset.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Bügel einen konkav geformten Mittelabschnitt, der vorzugsweise denselben Krümmungsverlauf wie der dort anliegende längliche Hohlkörper aufweist.According to a further embodiment of the invention, the bracket has a concave-shaped central portion, which preferably has the same curvature profile as the elongated hollow body present there.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Umlenkelemente einzelne entweder vertikal oder um 2° bis 3° gegenüber der Vertikalen geneigte, in den Gehäuseinnenraum hineinragende Wandstücke. Bei einer Neigung gegenüber der Vertikalen beträgt somit der Winkel zwischen der Fließrichtung des ersten Mediums und den Umlenkelementen ca. 88°.According to a further embodiment, the deflecting elements are individual wall pieces either vertically or inclined by 2 ° to 3 ° relative to the vertical, projecting into the interior of the housing. With an inclination relative to the vertical, the angle between the direction of flow of the first medium and the deflecting elements is thus approximately 88 °.
Weiterhin ragen die Umlenkelemente in alternierender Reihenfolge von jeweils gegenüberliegenden Seiten des Hohlkörperinneren um ein Randmaß von 1/3 bis 1/7, vorzugsweise 1/5 des Innendurchmessers des Hohlkörpers in das Hohlkörperinnere.Furthermore, the deflecting elements protrude in alternating sequence from respective opposite sides of the hollow body interior by an edge dimension of 1/3 to 1/7, preferably 1/5 of the inner diameter of the hollow body in the hollow body interior.
Der Hohlkörperinnenmantel besitzt in Richtung der Längsachse zumindest teilweise ein wellenförmiges Profil, wobei die Einschnürungen des Durchmessers vorzugsweise 5% bis 10% des Hohlkörperinneren betragen. Die Anschlüsse für das erste und zweite Medium sind in einer bevorzugten Ausführungsform stimseitig angeordnet.The hollow body inner casing has at least partially a wave-shaped profile in the direction of the longitudinal axis, the constrictions of the diameter preferably amounting to 5% to 10% of the interior of the hollow body. The connections for the first and second medium are arranged end-to-end in a preferred embodiment.
Der Wärmetauscher besteht aus mehreren Einzelelementen, wodurch die Länge des Wärmetauschers beliebig wählbar ist, da beliebig viele Elemente miteinander ver-
bindbar sind. Jedes der Elemente besitzt eine Befestigungslasche, so dass auch größere Wärmetauchergehäuse sicher fixiert werden können. Die Befestigung des Wärmetauschers kann sowohl an ein vorhandenes Mauerwerk, d. h. eine Wand oder als Aufhängung an einer Decke wie auch zur Befestigung auf einer Palette zur Integration innerhalb eines Systems gewählt werden. Verwendet man den Wärmetauscher zur Schwimmbadwassererwärmung, so kann die Erwärmung sowohl durch Heizwasser als auch durch Solarwärme erfolgen. Das Heizmedium als zweites Medium wird durch ein rippenförmig angeordnetes wendeiförmiges Rohr geführt. Dieses wendeiförmige Rohr dient als Heizwasserrohr, das vertikal sowie horizontal von dem ersten Medium im Wärmetauscher angeströmt wird, so dass eine gleichmäßige Wärmeentnahme möglich ist. Die konvex-konkave Bauform des Wärmetauschergehäuses mit internen Umlenkelementen verlängert die Verweildauer des ersten Mediums im Wärmetauschergehäuse, wodurch ein stärkerer Wärmeübergang gewährleistet ist. Das Heizmedium kann stärker abgekühlt werden, womit sich ein geringerer Wärmeverlust auf der Rückführungsstrecke und damit eine einsparung an Heizenergie ergibt. Die wendeiförmigen Heizwasserrippenrohre werden vorzugsweise aus hochkorrosionsfestem und druckfestem Edelstahl gefertigt und mit einem, Doppelnippel stirnseitig verschraubt.The heat exchanger consists of several individual elements, whereby the length of the heat exchanger can be selected arbitrarily, since any number of elements can be interconnected. are bindable. Each of the elements has a fastening tab, so that even larger heat exchanger housing can be securely fixed. The attachment of the heat exchanger can be selected both on an existing masonry, ie a wall or as a suspension on a ceiling as well as for attachment to a pallet for integration within a system. If one uses the heat exchanger for swimming pool water heating, the heating can be done both by heating water and by solar heat. The heating medium as the second medium is guided through a rib-shaped helical tube. This helical tube serves as Heizwasserrohr, which is flowed vertically and horizontally from the first medium in the heat exchanger, so that a uniform heat extraction is possible. The convex-concave design of the heat exchanger housing with internal deflection elements extends the residence time of the first medium in the heat exchanger housing, which ensures greater heat transfer. The heating medium can be cooled more, which results in a lower heat loss on the return path and thus a saving of heating energy. The helical Heizwasserrippenrohre are preferably made of highly corrosion-resistant and pressure-resistant stainless steel and screwed to the front side with a double nipple.
Die vorzugsweise gewählten Umlenkelemente ragen um 20mm bis 30mm, vorzugsweise 25mm lang in das Hohlkörperinnere hinein, und zwar unter einem Winkel von 90° oder leicht gegenüber der Anströmrichtung um 2° bis 3° geneigt in den Wärmetauscher hinein. Die Umlenkelemente sind kreissegmentartig und besitzen eine konkave Oberkante, die jedoch auch anders ausgeformt werden kann. Durch die Umlenkelemente, die alternierend auf gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauscherinnenraums angebracht sind, wird das zu erwärmende Medium mehrfach an der mittig angeordneten Heizschlange, dem wendeiförmigen Rohr vorbeigeführt. Durch diese besondere Konstruktion der Umlenkelemente wird die Fließrichtung des zu erwärmenden ersten Mediums ständig verändert, so dass es in einer verbesserten Weise im Gegenstromprinzip an der wendeiförmigen Heizschlange vorbeigeführt wird. Die sukzessiven Einschnürungen und Erweiterungen im Gehäuseinneren bewirken zudem eine wechselnde Kompression und Entspannung des fließenden
ersten Mediums mit dem Ergebnis, dass die Verweilzeit des ersten Mediums im Bereich der Heizschlange vergrößert und damit die Wärmeabgabe verbessert wird.The preferably selected deflecting elements protrude by 20mm to 30mm, preferably 25mm long in the hollow body inside, namely at an angle of 90 ° or slightly opposite the direction of flow by 2 ° to 3 ° inclined into the heat exchanger inside. The deflection elements are circular segment-like and have a concave upper edge, which, however, can also be shaped differently. By the deflection elements which are mounted alternately on opposite sides of the heat exchanger interior, the medium to be heated is passed several times to the centrally arranged heating coil, the helical tube. Due to this special construction of the deflecting elements, the flow direction of the first medium to be heated is constantly changed, so that it is guided past the helical heating coil in an improved manner in a countercurrent principle. The successive constrictions and expansions in the housing interior also cause an alternating compression and relaxation of the flowing first medium with the result that the residence time of the first medium in the area of the heating coil increases and thus the heat output is improved.
Die ovale Form des Wärmetauschers lässt hohe Innenspannungen zu, ohne dass Materialspannungen entstehen. Die Umlenkelemente, die an den Schmalseiten integriert sind, verbessern zudem die Statik des Wärmetauschergehäuses.The oval shape of the heat exchanger allows high internal stresses without material stresses. The deflection elements, which are integrated on the narrow sides, also improve the statics of the heat exchanger housing.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigenFurther embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. Show it
Fig. 1 a einen längsaxialen Schnitt durch den Wärmetauscher mit integrierter wendeiförmiger Heizschlange,1 a shows a longitudinal axial section through the heat exchanger with integrated helical heating coil,
Fig. 1b einen queraxialen Schnitt durch den Wärmetauscher,1b is a cross-axial section through the heat exchanger,
Fig. 1c einen längsaxialen Schnitt durch den Wärmetauscher mit möglichem Strömungsverlauf,1c shows a longitudinal axial section through the heat exchanger with a possible flow path,
Fig. 1d einen längsaxialen Schnitt durch den Wärmetauscher mit einem weiteren möglichen Strömungsverlauf,1d shows a longitudinal axial section through the heat exchanger with a further possible flow path,
Fig. 2a einen Wärmetauscher ohne Mittelstück,2a a heat exchanger without center piece,
Fig. 2b einen Wärmetauscher mit einem Mittelstück,2b shows a heat exchanger with a center piece,
Fig. 2c einen Wärmetauscher mit zwei Mittelstücken,2c shows a heat exchanger with two middle pieces,
,Fig. 3 einen queraxialen Schnitt mit Befestigungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung,FIG. 3 is a cross-axial section with fastening device in an exploded view,
Fig. 4 einen längsaxialen Schnitt durch einen Durchlauferhitzer,
Fig. 5 einen queraxialen Schnitt durch einen Wärmetauscher.4 shows a longitudinal axial section through a water heater, Fig. 5 is a transverse axial section through a heat exchanger.
Fig. 1a zeigt einen Wärmetauscher 10 mit einem integrierten wendeiförmigen Rohr 11 als Heizschlange. Im vorliegenden Fall ist als Heizmittel Warmwasser vorgesehen, das durch das wendeiförmige Rohr geleitet wird. Alternativ ist es jedoch ebenfalls möglich, das wendeiförmige Rohr als eine mit elektrischem Strom beheizte Heizschlange (Tauchsiederprinzip) auszubilden. Das wendeiförmige Rohr 11 kann eine glatte Oberfläche besitzen, vorzugsweise ist es jedoch als Wellrohr ausgestaltet. Das wendeiförmige Rohr 11 wird mittels eines Doppelnippel 13, 13' jeweils stimseitig am Wärmetauschergehäuse befestigt.Fig. 1a shows a heat exchanger 10 with an integrated helical tube 11 as a heating coil. In the present case, hot water is provided as the heating medium, which is passed through the helical pipe. Alternatively, however, it is also possible to form the helical tube as a heated with electric current heating coil (immersion heater principle). The helical tube 11 may have a smooth surface, but preferably it is configured as a corrugated tube. The helical tube 11 is fixed by means of a double nipple 13, 13 'each end side on the heat exchanger housing.
Die dargestellten Wasseranschlüsse 12, 12' in Form einer Bundbuchse und einer Überwurfmutter, die vorzugsweise aus ABS gefertigt sind, dienen zum Zu- und Ablauf des ersten Mediums, das erwärmt werden soll. Vorzugsweise strömen das erste und zweite Medium gegenläufig. Der Wärmetauscher 10 besitzt ein im Querschnitt ovales Gehäuse. Die Fließrichtung des ersten Mediums ist durch den Pfeil 14 und die Fließrichtung des zweiten Mediums durch den Pfeil 15 dargestellt. Im vorliegenden Fall besitzt der Wärmetauscher zwei Endstücke 16, 16' und zwei Mittelstücke 17, 17', die zusammen mit den Endstücken zu einem Wärmetauscher 10 zusammengesteckt sind. Die Endstücke und die Mittelstücke 16, 16', 17, 17' sind jeweils zusammengesteckt, wobei benachbarte Teile über eine aus Bolzen und Schrauben bestehende Verbindung fixiert werden. Hierzu besitzen die End- und Zwischenstücke 16, 16' jeweils außenseitige Laschen mit Bohrungen, durch welche ein Bolzen oder ein Schraubenschaft hindurch steckbar ist.The illustrated water connections 12, 12 'in the form of a flange bushing and a union nut, which are preferably made of ABS, serve to supply and drain the first medium, which is to be heated. Preferably, the first and second medium flow in opposite directions. The heat exchanger 10 has a cross-sectionally oval housing. The direction of flow of the first medium is represented by the arrow 14 and the direction of flow of the second medium by the arrow 15. In the present case, the heat exchanger has two end pieces 16, 16 'and two center pieces 17, 17', which are assembled together with the end pieces to form a heat exchanger 10. The end pieces and the center pieces 16, 16 ', 17, 17' are each plugged together, with adjacent parts being fixed via a connection consisting of bolts and screws. For this purpose, have the end and intermediate pieces 16, 16 'each outer side tabs with holes through which a bolt or a screw shaft can be inserted therethrough.
Prinzipiell ist die Anzahl der Mittelstücke 17, 17' frei wählbar.In principle, the number of centerpieces 17, 17 'freely selectable.
Am Innenmantel besitzen die Mittelstücke 17, 17' Umlenkelemente 18, die vertikal in das Hohlkörperinnere hineinragen. Alternativ kann statt der vertikalen Ausrichtung auch eine leicht, nämlich um 2° bis 3° gegen die Strömungsrichtung 14 gekippte Ausrichtung gewählt werden. Das Umlenkelement 18 befinde sich in Anströmrichtung 14 gesehen in dem Bereich, in dem sich der Innendurchmesser verjüngt. In Strömungs-
richtung betrachtet liegt auf der gegenüberliegenden Hohlkörperinnenmantelseite im Abstand ein zweites Umlenkelement 18. Die Umlenkelemente ragen soweit in das Wärmetauschergehäuseinnere hinein, dass sie im Bereich des wendeiförmigen Rohres 11 enden. Zwischen zwei benachbarten auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Umlenkelementen liegen zwei bis drei Windungen des wendeiförmigen Rohres 11.On the inner jacket, the middle pieces 17, 17 'deflecting elements 18 which project vertically into the hollow body interior. Alternatively, instead of the vertical alignment, it is also possible to select an orientation that is tilted slightly by 2 ° to 3 ° relative to the flow direction 14. The deflecting element 18 is located in the direction of flow 14 in the region in which the inner diameter tapers. In flow seen direction lies on the opposite hollow body inside jacket side at a distance a second deflecting 18. The deflecting elements protrude so far into the heat exchanger housing inside that they end in the region of the helical tube 11. Between two adjacent deflection elements arranged on opposite sides are two to three turns of the helical tube 11.
Die jeweils aneinander liegenden Lippen 101 der End- und Mittelstücke werden über einen O-Ring 102, der in einer Nut einliegt, abgedichtet.The respective abutting lips 101 of the end and middle pieces are sealed via an O-ring 102, which rests in a groove.
Fig. 1b lässt im Detail erkennen, dass der Wärmetauscher 10 eine ovale Querschnittsform hat. An der Peripherie des Gehäuses sind die aus Schraube und Mutter bestehenden Verbindungen 103 zu erkennen.FIG. 1b shows in detail that the heat exchanger 10 has an oval cross-sectional shape. At the periphery of the housing, the screw and nut connections 103 can be seen.
Fig. 1c und d zeigen Strömungslinien 104, 106, die mit unterschiedlichen Drucken und Fließgeschwindigkeiten des einströmenden ersten Mediums eingestellt werden können. In jedem Fall erkennbar ist, dass das einströmende erste Medium, insbesondre Schwimmbadwasser, gegen die Umlenkelemente 18 trifft und von dort in Richtung der wendeiförmigen Rohre gelenkt wird, wobei jedoch die Strömung jeweils eine Richtungsumkehr erfährt und in einer schleifenförmigen Bewegung zurückgeführt wird, wo es auf neues nachströmendes Wasser trifft. Je nach eingestelltem Druck sind die jeweiligen Umlenkungen bzw. Verwirbellungen, die in Fig. 1c mit 105 gekennzeichnet sind, größer oder kleiner ausgebildet. Wesentlich ist, dass bei verlängerter Verweilzeit die Heizschlange, d. h. das wendeiförmige Rohr 11 nicht nur einfach sondern mehrfach von dem zu erwärmenden ersten Medium, insbesondere Schwimmbadwasser, durchströmt wird.Figures 1c and d show flowlines 104, 106 which can be adjusted at different pressures and flow rates of the inflowing first medium. In any case, it can be seen that the inflowing first medium, in particular swimming pool water, strikes against the deflecting elements 18 and from there is directed in the direction of the helical pipes, but the flow in each case undergoes a reversal of direction and is returned in a loop-shaped movement, where it rises new inflowing water hits. Depending on the set pressure, the respective deflections or Verwirbellungen, which are marked in Fig. 1c with 105, larger or smaller. It is essential that with extended dwell the heating coil, d. H. the helical tube 11 is flowed through not only simply but several times by the first medium to be heated, in particular swimming pool water.
Fig. 2a bis c zeigen den erfindungsgemäßen Wärmetauscher 20, 20' 20" in unterschiedlichen Längen, die dadurch erzeugt werden, dass zwei Endstücke unmittelbar aneinander oder über ein oder zwei oder mehrere Mittelstücke miteinander verbunden werden. Je nach der Anzahl der eingefügten Mittelstücke zwischen zwei Endstü-
cken kann die Länge des Wärmetauschers beliebig variiert und den gewünschten Verhältnissen angepasst werden.2a to c show the heat exchangers 20, 20 ', 20' according to the invention in different lengths, which are produced by connecting two end pieces directly to one another or via one or two or more middle pieces, depending on the number of inserted center pieces between two Endstü- The length of the heat exchanger can be varied as desired and adapted to the desired conditions.
Fig. 3 zeigt in einer Explosionsdarstellung die Befestigung des Wärmetauschergehäuses an einer Wand 32. Der Wärmetauscher 30 besitzt hierzu an seinem Außenmantel hervorstehende Laschen 301 mit einer Durchbrechung, wie beispielsweise einer Bohrung oder einem Langloch zum Durchgriff einer Befestigungsschraube 31. Um zu verhindern, dass sich der Wärmetauscher allmählich aus der Befestigung, hervorgerufen durch Vibrationen beim Wärmetauscherbetrieb, löst, ist ein Bügel 32 vorgesehen, der an seinen Enden 33, 34 um 180° umgebogen ist. Der Bügel 32 besteht aus einem dünnwandigen Blech, das im Bereich der 180°-Umbiegungen zwei kongruent liegende Bohrungen aufweist, durch welche der Schaft der Schraube 31 hindurchführbar ist. Diese Schraube greift ferner in Dübel 35, die in der Wand 32 verankert sind.Fig. 3 shows an exploded view of the attachment of the heat exchanger housing to a wall 32. The heat exchanger 30 has this on its outer jacket protruding tabs 301 with an opening, such as a hole or a slot for the passage of a fixing screw 31. To prevent the heat exchanger gradually from the attachment, caused by vibrations in the heat exchanger operation, solves a bracket 32 is provided, which is bent at its ends 33, 34 by 180 °. The bracket 32 consists of a thin-walled sheet, which has two congruently lying holes in the region of 180 ° -Umbiegungen through which the shank of the screw 31 can be passed. This screw also engages in dowels 35 which are anchored in the wall 32.
Wird die Schraube 31 angezogen, wird schließlich auf das U-Profil des Bügels an seinen Enden 33, 34 ein Druck ausgeübt, der nach dem Fixieren der Schraube 31 permanent auf den Schraubenkopf wirkt, dessen Rotation damit behindert wird. Zusätzlich können noch eine Kontermutter 36 und eine Unterlegscheibe 37 (jeweils pro Schraubverbindung) als weitere Drehsicherungen verwendet werden.If the screw 31 is tightened, finally, a pressure is exerted on the U-profile of the bracket at its ends 33, 34, which after fixing the screw 31 permanently acts on the screw head, the rotation of which is hindered. In addition, a lock nut 36 and a washer 37 (each per screw) can be used as further anti-rotation.
Der Bügel 32 besitzt einen konkav geformten Mittelabschnitt 38, dessen Formgestaltung der Außenkontur bzw. dem jeweiligen Krümmungsradius des Wärmetauschers angepasst ist.The bracket 32 has a concave shaped central portion 38 whose shape is adapted to the outer contour or the respective radius of curvature of the heat exchanger.
Das System ist so ausgerichtet, dass sowohl fremdwärmende Medien als auch elektrische Heizspiralen installiert werden können, die auch mit Solarwärme betrieben werden können. In Fig. 4 ist ein Durchlauferhitzer 41 dargestellt, der über elektrisch beheizbare Heizschlangen 42 aufweist, die am linken Gehäuseteil angebracht sind. Die dargestellte Ausführungsform umfasst lediglich ein Mittelelement in dem zwei Umlenkelemente angeordnet sind. Aufgrund des stirnseitig angeordneten Stromanschlusses ist der Wasseranschluss 44 nicht stirnseitig, sondern seitlich am Durch-
Iauferhitzer41 angeordnet. Ferner ist ein möglicher kreiseiförmiger Strömungsverlauf 45 des zu erwärmenden Wassers dargestellt. Es ist natürlich auch ein wellenförmiger Strömungsverlauf denkbar, wie er beispielsweise in Fig. 1 c dargestellt ist.The system is designed so that both externally heated media and electrical heating coils can be installed, which can also be operated with solar heat. In Fig. 4, a water heater 41 is shown, which has electrically heated heating coils 42 which are mounted on the left housing part. The illustrated embodiment comprises only one central element in which two deflecting elements are arranged. Due to the front side arranged power connection, the water connection 44 is not frontally, but laterally at the Durch- Iauferhitzer41 arranged. Furthermore, a possible circular flow pattern 45 of the water to be heated is shown. Of course, a wave-shaped flow course is also conceivable, as shown for example in FIG. 1 c.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der Umlenkelemente 18, die schraffiert dargestellt sind. Die Umlenkelemente bilden ein Segment, das sich aus dem Mantel des Wärmetauschers nach innen erstreckt. Vom tiefsten Punkt beträgt die Höhe des Umlenkelementes bezogen auf den größten (hier vertikal angeordneten) Durchmesser des Wärmetauschers zwischen 1/5 und %. Die Oberkante der Umlenkelemente 18 ist konkav ausgebildet.
Fig. 5 shows an exemplary embodiment of the deflecting elements 18, which are shown hatched. The deflecting elements form a segment which extends from the jacket of the heat exchanger inwards. From the lowest point, the height of the deflection element relative to the largest (here vertically arranged) diameter of the heat exchanger is between 1/5 and%. The upper edge of the deflecting elements 18 is concave.