DE69924647T2

DE69924647T2 - Plattenwärmetauscher mit integriertem ventil

Info

Publication number: DE69924647T2
Application number: DE69924647T
Authority: DE
Inventors: Joseph Marie Le Mer
Original assignee: Individual
Current assignee: Giannoni Rocco Milano It; Le Mer Joseph Marie Morlaix Fr
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: WO2000050832A1; FR2790073A1; EP1155271B1; FR2790073B1; ATE292778T1; PT1155271E; ES2241348T3; EP1155271A1; AU1786700A; DE69924647D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art.
Diese Art Tauscher ist wohlbekannt, zum Beispiel durch das Dokument EP-A-0614061, er wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, die das Erhitzen oder Abkühlen eines Fluids mit Hilfe eines anderen Fluids erfordern; die Platten des Tauschers sind dünne Metallplatten, gute Wärmeleiter, im allgemeinen aus rostfreiem Stahl, die tiefgezogen und verbunden werden durch Hartlöten oder durch eine Verbindung mittels Schraubflansch mit dazwischen gesetzten Gummidichtungen.
Die Endplatten der Stapel sind im allgemeinen stärker als die anderen, denn dort befinden sich die Mündungen – bzw. Verbindungen – die den Anschluss des Tauschers an die Eingangs- und Ausgangsrohre der beiden Fluide ermöglichen.
Bestimmte Verbindungen können sich auf der obersten Platte befinden, die anderen auf der untersten; in anderen Ausführungsformen befinden sich alle Verbindungen auf einer einzigen Platte, beispielsweise der obersten.
Die Größe und die Anzahl der Platten hängen selbstverständlich von der betreffenden Anwendung und der angestrebten Leistung ab.
Als ein konkretes Beispiel, bei einer Anwendung im häuslichen Bereich, in der der Tauscher einen sogenannten gemischten Kreis ausrüstet, der geeignet ist, eine Zentralheizungsanlage zu versorgen, mit der Möglichkeit sanitären Warmwasser-Zapfens, haben die Platten eine generell rechteckige Form von etwa 20 × 10 cm Größe, mit abgerundeten Ecken; die inneren Platten haben eine Stärke von circa 0,3 mm, die unterste Platte eine Stärke von circa 0,8 mm und die oberste Platte von circa 1 mm.
Die Gesamtzahl der Platten beläuft sich im allgemeinen auf zehn bis dreißig.
Es ist von Vorteil, zwei Arten von Platten vorzusehen, die abwechselnd gestapelt sind, wobei jede Plattenart Wellungen oder andere Vertiefungen spezieller Anordnung aufweist, die den Fluss jedes Fluids in dem Hohlraum kanalisieren, den er durchlaufen soll.
Die Anordnung ist so ausgelegt, dass die beiden Fluid-Flüsse, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, einer gewundenen Bahn folgen und die Ströme jeweils gegeneinander gerichtet sind, um diesen Austausch zu begünstigen.
Ein Tauscher dieser Bauart ist z.B. im Dokument EP-A-0 611 941 beschrieben, auf das man gegebenenfalls zurückgreifen kann.
Die 1 und 2 im Anhang der vorliegenden Patentanmeldung sind schematische Darstellungen, die die Art der Anwendung eines solchen Tauschers innerhalb eines gemischten Kreises im häuslichen Gebrauch nach oben genannter Art veranschaulichen.
Diese Figuren stellen eine Installation nach dem Stand der Technik dar.
Diese umfasst einen Primärkreis einer Zentralheizung I und einen Sekundärkreis für sanitäre Zapfstellen II die miteinander auf Höhe des Plattentauschers 3 interferieren.
Der Kreis I enthält eine Wärmequelle 1 für das Wasser des Kreises I; es kann sich beispielsweise um einen mit einem Gasbrenner ausgestatteten Kessel handeln.
Eine geeignete Pumpe 15 gewährleistet die Zirkulation des Wassers in diesem Kreis I.
Das Wasser verlässt den Kessel I durch eine Leitung 10, fließt dann über einen T-förmigen Rohransatz 2 in eine Leitung 11, durchfließt die Heizkörper der Zentralheizung 100, gelangt zurück zum Kessel 1 nach Abgabe eines Teils seiner Kalorien in den Heizkörpern 100.
Auf dem Rückweg besteht das Röhrensystem aus zwei Leitungen 12, 13, getrennt durch ein Dreiwegventil 5; die Leitung 13 wird an den Kessel 1, nach der Passage der Pumpe 15, mittels einer Leitung 14 angeschlossen.
Bei dieser Anwendung ist das Wasser der Zentralheizung das Primärfluid; der Tauscher 3 ist zu den Heizkörpern 100 parallelgeschaltet, wobei die Ableitung mittels des T-förmigen Rohransatzes stromaufwärts der Heizkörper liegt und mittels des Dreiwegventils stromabwärts dieser Heizkörper erfolgt.
Die Eingangs- bzw. Ausgangsmündungen des Primärfluids im Tauscher 3 sind mit den Bezugszeichen 30 und 31 bezeichnet.
Der T-förmige Rohransatz 2 ist an die Mündung 30 durch eine Leitung 20 angeschlossen; die Mündung des Kreises 31 ist an das Dreiwegventil 5 durch eine Leitung 50 angeschlossen.
Auf dem Sekundärkreis II ist mit dem Bezugszeichen 4 eine Quelle zur Erzeugung von Kaltwasser bezeichnet; es kann sich schlicht um einen Wasserhahn handeln, der am vorgesehenen Trinkwassersystem des Gebäudes, das diese Installation erhalten soll, angeschlossen ist.
Mit dem Bezugszeichen 4' ist eine Vorrichtung zur Warmwasserverwendung gekennzeichnet; es handelt sich beispielsweise um einen Wasserhahn oder Brausekopf der für die Warmwasserversorgung des Benutzers vorgesehen ist.
Mit den Bezugszeichen 32 und 33 sind die Eingangs- bzw. Ausgangsmündungen des Sekundärfluids bezeichnet, im vorliegenden Fall des Wassers des Kreises II.
Die Quelle 4 ist an die Mündung 32 durch eine Kaltwasserzulaufleitung 40 angeschlossen; die Mündung 33 ist an die Vorrichtung zur Warmwasserverwendung 4' durch eine Warmwasserleitung 41 angeschlossen.
In dem in 1 dargestellten Zustand der Kreise ist lediglich der Heizkreis I in Betrieb.
Das Ventil 5 befindet sich in einer Position, in der nur die Rohre 12–13 in Verbindung stehen, die Leitung 50 ist hingegen isoliert.
In dieser Situation durchläuft das vom Kessel gelieferte Wasser ausschließlich den Kreis I, symbolisiert durch die Pfeile F, und sorgt für das Aufheizen der Heizkörper 100.
Die 2 stellt eine Situation dar, in der eine sanitäre Wasserzapfstelle in Anspruch genommen wird, z.B. durch das Öffnen eines Wasserhahns wie in der Vorrichtung 4' vorgesehen.
Dieses Abzapfen legt automatisch mit Hilfe eines entsprechenden als solchen bekannten Steuerungssystems das Dreiwegventil 5 um, sodass der Ausgang des Rohres 12 geschlossen wird, wohingegen die Verbindung der Leitung 50 mit dem Rohr 13 gewährleistet wird.
Unter diesen Bedingungen wird das Warmwasser, das gemäß G im Kreis zirkuliert, auf Höhe des T-förmigen Rohransatzes 2 zum Tauscher 3 geleitet.
Es fließt durch den Primärhohlraum des Tauschers von seinem Eingang 30 bis zu seinem Ausgang 31, indem es einer gewundenen Bahn folgt, die schematisch dargestellt und mit TP (Primärbahn) bezeichnet ist.
Das Warmwasser gelangt nicht in die Heizkörper 100, da der Ausgang der Leitung 12 geschlossen ist.
Das Warmwasser gelangt ausschließlich in den Tauscher 3, wie durch die Pfeile G symbolisiert, und kehrt in den Kessel durch die Rohre 13–14 und die Pumpe 15 zurück.
Gleichzeitig, auf Grund des angeforderten Sanitärwassers, durchfließt das Wasser des Sekundärkreises II den Sekundärhohlraum des Tauschers, vom Eingang 32 zum Ausgang 33, symbolisiert durch die gewundene Bahn TS (Sekundärbahn) und die Pfeile H.
Der Wärmeaustausch vollzieht sich innerhalb des Plattenstapels, und demnach erreicht warmes Wasser die Verwendungsvorrichtung 4'.
Wenn das Abzapfen beendet ist, legt sich das Ventil wieder in seine Ausgangsposition und die Heizkörper können wieder gespeist werden.
Natürlich sind diese Kreise in der üblichen Weise temperaturabhängig gesteuert.
Als konkretes Beispiel, das Wasser verlässt den Kessel 1 bei einer Temperatur in der Größenordnung von 80°C und kehrt, je nach Einstellung der Heizkörper, bei Temperaturen zwischen 40 und 60°C zurück.
Im Sekundärkreis sind die jeweiligen Temperaturen des Kaltwassers, das in den Tauscher 3 fließt, und des Warmwassers, das herausfließt, – wieder beispielsweise – in der Größenordnung von 15°C bzw. 45°C.
Das Dreiwegventil 5 wird stark beansprucht, da es bei jedem sanitären Abzapfen seine Lage ändert.
Die Kosten für diese Art von Ventil samt Verbindungen und Anschlussrohren an den Plattentauscher tragen wesentlich zum Gesamtpreis der Installation bei.
Dieses Ventil steht im übrigen mit seinen nicht geringen Abmessungen im Widerspruch zu den ständigen Forderungen nach Kompaktheit bei den meisten Anwendungen, wo diese Art Installation verwendbar ist.
Der Stand der Technik auf diesem Gebiet kann mit dem Dokument EP-A-0 614 061 verdeutlicht werden, das einen Plattentauscher der oben genannten Bauart zum Inhalt hat, auf dem das Dreiwegventil angebracht ist.
Eine einfache Überprüfung der 2 dieses Dokuments verdeutlicht das oben erwähnte Problem der zu großen Abmessungen, das Ventil nimmt einen verhältnismäßig großen Raum ein gegenüber dem des eigentlichen Tauschers.
Mit dem Dokument WO-97/00415 ist ein Plattenwärmetauscher mit integrierter Verschlussklappe bekannt.
In der Tat enthält die in 5 dieses Dokuments gezeigte Ausführungsform ein Ventil 25, dessen bewegliche Klappe geeignet ist, wahlweise die obere Öffnung eines der Kanäle zu verschließen, die die Plattenstapel durchlaufen. Dank dieser Anordnung besteht die Möglichkeit, entweder die Gesamtheit eines der Fluide innerhalb des Stapels des Wärmetauschhohlraums hindurchfließen zu lassen, oder auch nur einen Teil dieses Fluids, während ein anderer Teil direkt in den Raum des größten Querschnitts fließt, der die oberste Platte von der nächstliegenden trennt.
Diese Anordnung dient also nicht als Dreiwegventil, das geeignet ist, die oben genannte Funktion zu erfüllen.
In der in den 3 und 4 von WO-97/00415 dargestellten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, die Gesamtheit eines der Fluide entweder innerhalb des Stapels zwischen den Eingangs- und Ausgangskanälen hindurchfließen zu lassen (4), oder auf direktem Weg von einem Kanal zum anderen, durch den Raum zwischen der untersten Platte und der benachbarten Platte (3).
Diese Lösung ist jedoch komplex und erfordert zwei verschiedene Röhrenklappen, jeweils beweglich in einem der Kanäle. Die mit dieser Ausführung angestrebte Funktion ist nicht eine einfache Umkehrung des Kreises durch das Dreiwegventil, wie durch die vorliegende Erfindung angestrebt, sondern eine ganz spezifische Lenkung des Durchsatzes bei einer vorgegebenen Anwendung, wie etwa die Wiedererwärmung eines Ölkreises bei einer Brennkraftmaschine.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, in den Plattentauscher ein Dreiwegventil-System zu integrieren durch eine Anordnung ganz einfacher Konzeption und Struktur, die es erlaubt, einerseits die gesamten Entstehungskosten der Ventil-Tauscher-Einheit deutlich zu senken, andererseits deren Abmessungen maßgeblich zu reduzieren.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Möglichkeit, je nach Wunsch, den Tauscher auf einer bestimmten Temperatur zu halten durch das ständige Aufrechterhalten eines bestimmten Durchsatzes des Primärfluids innerhalb des Tauschers, auch wenn es kein sanitäres Abzapfen gibt.
Auf diese Weise wird bei Bedarf eines sanitären Abzapfens eine Temperaturerhöhung des Warmwassers des Sekundärkreises sehr schnell erreicht, sobald sich das Dreiwegventil umlegt.
Wie insbesondere durch das Dokument EP-A-0 614 061 bekannt, ist der Wärmetauscher, mit dem sich die vorliegende Erfindung befasst, ein Wärmetauscher mit übereinander angeordneten parallelen Platten, die zwei Wärmetauschhohlräume begrenzen, von denen der eine von einem Primärfluid und der andere von einem Sekundärfluid, die in Form von abwechselnden dünnen Schichten fließen, durchflossen ist, wobei der Eingang und der Ausgang eines jeden Fluids durch ein Paar von in einer Endplatte ausgesparten, sogenannten Hauptmündungen über Eingangs- und Ausgangskanäle, welche die inneren Platten queren und mit den wesentlichen Zwischenräumen des korrespondierenden Hohlraums in Verbindung stehen, gebildet sind, und dieser Tauscher enthält ein Dreiwegventil zur Verteilung des Primärfluids, das in den Tauscher integriert ist.
Die oben wiederholten Ziele sind erreicht, entsprechend der Erfindung, auf Grund der Tatsache, dass der eine der Wege des besagten Ventils durch die eine der zwei Hauptmündungen, durch die das Primärfluid fließt, gebildet ist, ein anderer durch die Öffnung des Kanals des Primärhohlraums, der dieser Öffnung benachbart ist, und der dritte durch eine Zusatzmündung, die in derselben Endplatte ausgebildet ist wie die besagte Hauptmündung und in der Nähe der besagten Öffnung des Kanals angeordnet ist, wobei ein in dieser Platte vertiefter Kanal diese zwei Mündungen verbindet, wobei dieses Ventil eine zum wahlweisen Verschließen entweder der besagten Öffnung des Kanals oder der besagten Zusatzmündung dienende Klappe enthält.
Darüber hinaus, bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung:

– ist die Zusatzmündung koaxial bezüglich der Öffnung des Kanals angeordnet und die Klappe besteht in einem diskusförmigen Kolben, der unter Verschiebung entlang der gemeinsamen Achse der Zusatzöffnung mit der Öffnung beweglich ist;
– enthält sie eine elektrische oder hydraulische Steuereinrichtung des Kolbens;
– ist die besagte Steuereinrichtung an der Endplatte befestigt, die der Endplatte gegenüberliegt, in welcher die Haupt- und Zusatzmündungen ausgebildet sind, wobei die Stange des Kolbens koaxial durch den Kanal verläuft;
– ist die besagte Steuereinrichtung an der Endplatte befestigt, in welcher die Haupt- und Zusatzmündungen ausgebildet sind, wobei die Stange des Kolbens koaxial durch eine in der besagten Zusatzmündung angebrachte röhrenförmige Verbindung verläuft;
– ist der anderen Hauptmündung gleichermaßen eine Zusatzmündung zugeordnet, die in derselben Endplatte ausgebildet ist wie diese, und welche mit dieser durch einen in der letzteren vertieften Kanal in Verbindung steht;
– befindet sich das Dreiwegventil am Ausgang des Primärhohlraums.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine gemischte Installation zur häuslichen Verteilung von Warmwasser mit einem Primärkreis einer Zentralheizung und einem Sekundärkreis für sanitäre Zapfstellen, wobei diese Installation ausgestattet ist mit einem wie oben beschriebenen Tauscher, der den Heizkörpern der Zentralheizung parallelgeschaltet ist, wobei das durch einen Kessel gelieferte Wasser der Zentralheizung das Primärfluid bildet, während das Wasser der sanitären Zapfstellen das Sekundärfluid bildet.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen hervor aus der nun folgenden Beschreibung hervor, die sich auf die Zeichnungen des Anhangs bezieht.
In diesen Zeichnungen:
sind, wie bereits erwähnt, die 1 und 2 schematische Darstellungen, die das Funktionsprinzip eines gemischten Heizkreises veranschaulichen, zur sofortigen Produktion von sanitärem Warmwasser, nach dem Stand der Technik;
stellen die 3 bis 6 eine erste mögliche Ausführungsform eines Tauschers gemäß der Erfindung dar;
ist die 3 eine Ansicht, geschnitten durch die gebrochene Ebene III-III der 4;
ist die 4 eine Draufsicht der 3;
ist die 5 eine Ansicht von links auf die 3, geschnitten durch die gebrochene Ebene V-V der 4;
ist die 6 eine Ansicht von links auf die 4, geschnitten durch die Ebene VI-VI;
ist die 7 eine schematische Darstellung einer mit diesem Tauscher ausgerüsteten Installation, welche in der Draufsicht abgebildet ist;
sind die 8 und 9 ähnliche schematische Darstellungen wie die von 7, wobei der Tauscher von der Seite und im Querschnitt abgebildet ist und die Installation im Zustand des Heizens bzw. im Zustand des sanitären Abzapfens von Warmwasser dargestellt ist;
stellen die 10 bis 13 eine zweite mögliche Ausführungsform des Tauschers dar;
ist die 10 eine Seitenansicht, geschnitten durch die gebrochene Ebene X-X in der 11;
ist die 12 eine Ansicht von links in der 10, geschnitten durch die in 11 mit XII-XII bezeichnete gebrochene Ebene;
ist die 13 eine Ansicht von links in der 11, geschnitten durch die Ebene XIII-XIII;
sind die 14, 15 und 16 jeweils ähnliche Ansichten wie die vorangehenden 7, 8 und 9, die der Veranschaulichung der Funktionsweise dieser zweiten Ausführungsform dienen;
stellen die 17 bis 20, 21 bis 24 und 25 bis 28 jeweils eine dritte, vierte und fünfte mögliche Ausführungsform des Tauschers gemäß der Erfindung dar, wobei die verschiedenen Ansichten, die diese Ausführungsformen darstellen, die gleiche Anordnung aufweisen wie die 3 bis 6 (für die erste Ausführungsform) und 10 bis 13 (für die zweite Ausführungsform).
Mit den Bezugszeichen 300 und 301 sind die beiden Endplatten des Stapels bezeichnet, die Platte 300 entspricht der obersten Platte und die Platte 301 der untersten Platte.
Die inneren Platten des Stapels sind, wie bereits erwähnt, von zwei unterschiedlichen Arten, bezeichnet mit 302 und 303.
Mit dem Bezugszeichen e1 ist der Hohlraum bezeichnet, der durch die Zwischenräume zwischen den Platten gebildet ist und in dem das Primärfluid des Kreises I zirkuliert.
Mit dem Bezugszeichen e2 sind die Zwischenräume bezeichnet, die den anderen Hohlraum bilden, in dem das Sekundärfluid fließt.
Wie bekannt, kommunizieren Schächte oder auch Kanäle, die die Platten transversal durchqueren, mit diesen Hohlräumen. Vorgesehen sind zwei diagonal entgegengesetzte Kanäle für den Eingang und Ausgang des Primärfluids, die mit den Zwischenräumen e1 kommunizieren; ebenfalls vorgesehen sind zwei diametral entgegengesetzte Kanäle, die mit den Zwischenräumen e2 kommunizieren.
In der ersten Ausführungsform der 3 bis 6 sind sämtliche Eingangs- und Ausgangsmündungen der Fluide in der obersten Platte 300 ausgebildet.
Mit den Bezugszeichen 30 und 61 sind die Eingangs- und Ausgangsmündungen des Primärfluids bezeichnet, und mit 32 und 33 die Eingangs- und Ausgangsmündungen des Sekundärfluids.
Diese Mündungen sind kleine zylindrische Muffen mit Achse senkrecht zu den Platten. In den dargestellten Beispielen ist deren außenliegende Wandung mit einem Gewinde versehen, um den Anschluss der Rohre mittels ergänzender Gewindeverbindungen zu ermöglichen, die dicht darauf geschraubt werden können. Jede andere Art einer dichten Verbindung ist natürlich möglich.
In den Zeichnungen sind mit den Bezugszeichen CE1 und CS1 die Eingangs- bzw. Ausgangskanäle des Primärfluids in den Zwischenräumen e1 bezeichnet; mit den Bezugszeichen CE2 und CS2 sind die Eingangs- bzw. Ausgangskanäle des Sekundärfluids in den Zwischenräumen e2 des Stapels bezeichnet.
Die Eingangsmündung 30 des Primärfluids ist koaxial bezüglich des Kanals CE1 angeordnet, in einer Ecke des Tauschers.
Die Eingangsmündung 32 und die Ausgangsmündung 33 des Sekundärfluids sind jeweils koaxial bezüglich der Kanäle CE2 und CS2 angeordnet, in den neben der oben genannten liegenden Ecken.
Der Ausgangskanal CS1 des Primärfluids befindet sich in der vierten Ecke, das heißt in der diagonal dem Kanal CE1 gegenüberliegenden Ecke.
Koaxial zu diesem Kanal CS1 befindet sich eine sogenannte Zusatzmündung, die ebenfalls in der obersten Platte 300 ausgebildet ist.
Die Mündung 61 ist gegenüber der Mündung 60 zur Mitte des Tauschers hin versetzt, parallel zum Längsrand (längere Seite).
Es könnte eine schräge Ausrichtung vorgesehen werden, in Funktion der angestrebten Position der Mündung 61.
Beide Mündungen 60 und 61 kommunizieren miteinander durch einen Kanal 6, der durch Tiefziehen in der obersten Platte 300 gebildet wurde; dieser Kanal hat einen etwa halbzylindrischen Querschnitt; er bildet eine Vertiefung in der obersten Platte 300, die mit der ebenen darunterliegenden Platte 303 (an der diese oberste Platte aufliegt und fixiert ist) eine Passage 600 abgrenzt.
Der Kanal 6 verläuft parallel zu den Längsseiten der Platten.
Die Gesamtheit der Mündungen 30, 32, 33,60 und 61 sind röhrenförmige zylindrische Muffen von gleichem Durchmesser; im Gegensatz zu den anderen Mündungen hat die Mündung 60 ein Innengewinde und erhält eine röhrenförmige Verbindung mit Gewinde 8, die in diese Mündung 60 geschraubt ist. Jede andere Art einer dichten Verbindung ist natürlich möglich.
Koaxial zur Mündung 60, aber auf der gegenüberliegenden Seite des Stapels, das heißt in der untersten Platte 301, ist analog zur Muffe 60 eine Muffe 63 ausgebildet, die auch ein Innengewinde aufweist.
In dieser Muffe 63 ist mittels Verschrauben ein Ventilkorpus 7 befestigt.
Dieses Ventil enthält eine axial bewegliche Kolbenstange 70, in der gemeinsamen Achse von Muffe 63, Kanal CS1, Mündung 60 und Röhrenkorpus 8.
Die Stange verläuft durch den Kanal CS1 und ihr oberes freies Ende ist mit einem verschließenden Diskus, oder eine Klappe 71 versehen.
Je nachdem, ob sich die Stange 70 in einer oberen, in den 3, 5 und 6 mit durchgezogener Linie gekennzeichneten Position befindet, oder in der unteren, auf eben diesen Figuren mit gestrichelter Linie und dem Bezugszeichen 70' bezeichneten Position, kommt dieser Diskus 71 Druck in Anlage an die ringförmige glatte Basis 80 der Verbindung 8 und verschließt somit die Basis dieser Verbindung, oder, im Gegenteil, kommt in Anlage gegen den Rand der oberen Öffnung 62 des Kanals CS1 (Klappendiskus bezeichnet mit 71') und verschließt besagte Öffnung.
Selbstverständlich wird der Durchmesser des Diskus 71 geringfügig größer sein als die Öffnungen der Verbindung 8 und des Kanals CS1, während die Mündung 60 einen geringfügig größeren inneren Durchmesser aufweist als der Durchmesser des Diskus 71, damit er in den Tauscher eingeführt werden kann.
Die Steuereinrichtungen für die Verschiebung der Stange 70 sind bekannte Einrichtungen, die elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden.
Es kann sich insbesondere um einen Elektromagneten oder einen Linearaktuator handeln, wie bei der Steuerung von Vergaserklappen bei Automobilen üblich, oder eine Anordnung von Membranen, die durch den Druckunterschied gesteuert wird, der bei Abzapfen im sanitären Kreis entsteht.
Selbstverständlich wird die Stange 70 völlig dicht durch die Endplatte des Tauschers geführt, zum Beispiel mittels geeigneter torusförmiger Dichtungsringe.
Die diskusförmige Klappe 71 ist aus weichem, elastischen Material, wie etwa einem elastomeren synthetischen Material, das geeignet ist, sich jeweils an jeder ihrer beiden Seiten dicht an den Sitz der Verbindung 8 oder an den Rand der Öffnung des Kanals CS1 anzulegen, gleichzeitig gegen die im Betriebsverlauf auftretenden Temperaturunterschiede beständig ist.
Die Klappe und ihre Steuereinrichtung sind beispielsweise allgemein von gleicher Art wie das Dreiwegventil, welches Gegenstand des Dokuments FR-A-2 719 101 ist.
In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante könnte sich die Stange 70 über den Verschlussdiskus 71 hinaus verlängern, im Inneren der röhrenförmigen Verbindung 8, um bei seiner Verschiebung von einem mit dieser Verbindung fest verbundenen Ring geführt zu werden, wobei das Anbringen dieses Rings im mittleren Bereich dieser Verbindung durch radiale Streben geschieht, die das Fließen des Primärfluid-Fluids im Inneren der Verbindung nicht behindern.
Auf diese Weise erhält man eine perfekte axiale Führung der Stange 70. Dies ist besonders interessant, wenn die Anzahl von Platten wichtig ist und eine Stange 70 großer Länge erforderlich ist.
An Hand der 7 bis 9 wird nun die Funktionsweise dieser Anlage beschrieben werden.
Die Rohre, die die beiden Kreise I und II versorgen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie auf den 1 und 2 nach dem Stand der Technik.
Man wird feststellen, dass die Leitung 20, die von dem T-förmigen Rohransatz 2 ausgeht, an die Mündung 30 angeschlossen ist, während die Rückleitung zum Kessel 13 an die Mündung 61 angeschlossen ist. Die Rohrleitung 12 stromabwärts der Heizkörper 100 ist an die Verbindung 8 und die Mündung 60 angeschlossen.
Die Leitungen 40 und 41 des Sekundärkreises II sind jeweils an die Mündungen 32 und 33 angeschlossen.
Die 8 zeigt eine Situation, in der die Heizkörper 100 gespeist sind.
In diesem Zustand befindet sich die Verschlussklappe 71 in der unteren Position und verschließt den Ausgang des Kanals 62.
Der Ausgang des Primärhohlraums, der durch die Zwischenräume e1 gebildet wird, ist demnach verschlossen, sodass das Primärfluid, das aus dem Kessel kommt, den Tauscher nicht durchfließen kann.
Die Gesamtheit des vom Kessel 1 gelieferten Warmwassers fließt in die Heizkörper 100, erreicht den Tauscher durch die Leitung 12 und die Verbindung 8, durchfließt den Raum 600 des Kanals 6 und verlässt diesen durch die Mündung 61, durch die Rohre 13, 14, angesaugt von der Pumpe 15.
Wenn ein sanitäres Abzapfen geschieht, legt sich automatisch die Klappe 7 um, durch Aufsteigen der Stange 70, durch den Pfeil k in 9 symbolisiert. Die Klappe 71 gibt nun den Ausgang 62 des Kanals CS1 frei, gleichzeitig verschließt sie die Basis der röhrenförmigen Verbindung 60.
Der stromabwärtige Teil der Leitung 12 ist somit verschlossen, sodass das Warmwasser nicht mehr in den Heizkörpern 100 zirkulieren kann.
Dieses Wasser wird also über den T-förmigen Rohransatz 2 und die Leitung 20 in den Plattentauscher 3 geführt (Pfeile G).
Das Warmwasser durchläuft die Zwischenräume e1 des Tauschers, während das Kaltwasser des Sekundärkreises II in die Räume e2 fließt und dabei den angestrebten Wärmetausch leistet (Pfeile H).
Der Fluss des Sanitärwassers in den Tauscher nimmt seinen Eingang durch die Mündung 32 und den Kanal CE2 und seinen Ausgang durch den Kanal CS2 und die Mündung 33.
Das Wasser des Primärkreises verlässt den Tauscher durch den Kanal CS1, den Kanal 6 und die Mündung 61.
Das in den Tauscher integrierte Ventil 6 bildet gemeinsam mit dem Kanal CS1, der Mündung 60 und ihrer Verbindung 8, sowie mit der Mündung 61, welche mit ihr durch den Kanal 6 verbunden ist, ein Dreiwegventil, das die gleiche Aufgabe erfüllt wie das Ventil 5 der 1 und 2, aber eine extrem einfache Struktur aufweist und eine kompakte Konfiguration, was dem angestrebten Ziel entspricht.
Die zweite Ausführungsform, die in den 10 bis 13 dargestellt ist, hat das gleiche Konzept wie die erste Ausführungsform, was die Integration des Dreiwegventils betrifft.
Hingegen unterscheidet sie sich durch die zusätzliche Integration des T-förmigen Rohransatzes in den Tauscher.
Zu diesem Zweck ist in der obersten Platte 300 eine Zusatzmündung 36 vorgesehen, die koaxial bezüglich des Kanals CE1 angeordnet ist, an Stelle der Mündung 30.
Diese ist in der Längsrichtung versetzt, wobei die beiden Mündungen 30, 36 miteinander verbunden sind durch den Kanal 35 mit etwa halbzylindrischem Querschnitt, der in die oberste Platte vertieft ist mit einer Konfiguration ähnlich wie die des Kanals 6. Auf diese Weise ist ein direkter Verbindungsraum 350 zwischen den Mündungen 30 und 36 verwirklicht.
Wie in den 14 bis 16 zu ersehen, ist die Leitung 10, durch die das Warmwasser den Kessel I verlässt, an die Mündung 30 angeschlossen, während die Mündung 36 an die Leitung 11 angeschlossen ist.
Im Fall einer Nutzung der Installation nur für die Heizung (Situation dargestellt in 15), läuft das heiße Wasser direkt vom Rohr 10 ins Rohr 11 über die Mündung 30, die Passage 350 und die Mündung 36, das heiße Wasser durchfließt nicht den Zwischenraum der Platten, denn die Klappe 71 befindet sich in der unteren Position.
Im Fall eines sanitären Abzapfens hingegen (16) befindet sich die Klappe in der oberen Position und die Flüssigkeit aus dem Kessel wird in das Innere des Stapels geleitet (Pfeil G), um die Sekundärflüssigkeit aufzuwärmen.
Die Mündungen 30, 36 und der Kanal 35 erfüllen demnach die gleiche Funktion wie der klassische T-förmige Rohransatz 2, was die Kompaktheit des Ganzen noch verbessert und gleichzeitig die Herstellungskosten verringert.
In beiden soeben beschriebenen Ausführungsformen sind sämtliche Verbindungsmündungen des Tauschers auf der gleichen Seite derselben vorgesehen, in der obersten Platte.
In einigen Anwendungen könnte eine andere Anordnung gewünscht werden, abhängig von den räumlichen Gegebenheiten, in denen der Tauscher installiert werden soll, und vom verfügbaren Platz.
So sind in der dritten Ausführungsform, die in den 17 bis 20 dargestellt wird, die Montage des Dreiwegventils 7, die Anordnung der Mündungen 60, 61 und die des Kanals 6 sowie der Mündung 33 mit denen der beiden vorhergehenden Ausführungsformen identisch.
Hingegen sind die Mündungen 32, 30, 36 sowie der Kanal 35 in diesem Fall mit einem Strich versehen und befinden sich auf der untersten Platte 301.
Die Funktionsweise dieser Ausführungsform ist absolut identisch mit der bereits beschriebenen zweiten Ausführungsform; lediglich haben die Anschlüsse der Eingangsleitungen der Fluide eine unterschiedliche Anordnung (sie befinden sich auf der untersten Platte).
Die vierte Ausführungsform ist in den 21 bis 24 dargestellt und ist insgesamt der ersten Ausführungsform ähnlich.
Jedoch ist das Dreiwegventil, mit dem Bezugszeichen 9, auf der obersten Platte 3 angebracht.
Der Korpus der Klappe ist röhrenförmig und enthält ein Bestandteil 93, das in die Mündung 30 geschraubt ist, koaxial zum Kanal CS1.
Dieser Kanal wird nach unten durch die unterste Platte 301 verschlossen.
Der Korpus der Klappe zeigt einen Eingangsrohransatz 92, der im rechten Winkel zum Bestandteil 93 steht, das Ganze bildet eine L-förmige Leitung.
Dieser Bestandteil 92, angeschlossen an die Leitung 12, bringt die Primärflüssigkeit der Heizkörper zurück.
Die Funktionsweise der Verschlussklappe 91 ist die gleiche wie oben beschrieben, diese Klappe kann wahlweise eine obere Position einnehmen, in der sie den röhrenförmigen Korpus 93 verschließt, oder eine untere Position, in der sie die obere Öffnung des Kanals CS1 verschließt.
Der Sinn dieser Konstruktion ist, dass die Gesamtheit der vorspringenden Teile sich auf der gleichen Seite des Tauschers befinden, im vorliegenden Fall auf der Oberseite, was vorteilhaft sein kann für bestimmte Installationen, bei denen der Tauscher nur von einer Seite zugänglich ist.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, diese Ausführungsform mit dem gleichen T-förmigen Rohransatz auszustatten wie in der zweiten Ausführungsform.
Die fünfte Ausführungsform der Erfindung, die in den 25 bis 28 dargestellt ist, unterscheidet sich im Wesentlichen von der vorhergehenden durch die Tatsache, dass der Korpus des Ventils, mit dem Bezugszeichen 9', sich nicht axial, sondern transversal im Verhältnis zu seinem röhrenförmigen Anschluss, mit dem Bezugszeichen 93', befindet.
Dieser letztere ist eine zylindrische Muffe, die koaxial in die Mündung 60 geschraubt ist. Ihr entgegengesetztes Ende 96' ist vorgesehen, mit der Leitung 12 verbunden zu werden.
Die Klappe enthält einen Kolben 95', der durch eine flache Stange (Gurt) gebildet ist, die mit seinen Längskanten in Längsrillen verschieblich geführt ist, die in der Innenwand des Tubus 93' ausgebildet sind. An der Basis der flachen Stange 95' ist eine Klappe in Form einer Scheibe 91' angebracht, die geeignet ist, wahlweise, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, entweder die obere Öffnung des Kanals CS1 oder die Basis des Tubus 93' zu verschließen.
Der Korpus der Klappe 9', in rechtem Winkel zum röhrenförmigen Anschluss 93' angebracht, ist ein Aktuator, der geeignet ist, die Drehung einer Steuerungsstange um ihre eigene Achse auszulösen.
Das freie äußere Ende der Stange 90' ist doppelt gekrümmt, sodass ein Abschnitt einer Kurbel 900' gebildet wird, der sich im zentralen Teil des Tubus 93' befindet und in eine Öffnung 94' greift, die in der flachen Kolbenstange 95' angebracht ist.
Diese Öffnung ist ein senkrecht zur Achse des Kolbens befindliches ovales Loch.
Die Stange 90' kann sich über einen Winkel von circa 120° drehen, löst damit das Senken oder Heben des Kolbens 95' aus, und in Folge der Verschlusskappe 91'.
Die Verbindung in Form der Öffnung 94' ermöglicht den transversalen Ausschlag des Endes der Stange 900' bei ihrer Drehung.
Selbstverständlich behindert die flache Kolbenstange (Gurt) 95' nicht die Passage des Primärfluids des Rohres 10 zum Raum des Kanals 600, wenn sich die Klappe in der unteren Position befindet.
Im übrigen ist zu bedenken, dass dieser Gurt 95' parallel zur Längsrichtung des Kanals 6 angelegt ist, was es gestattet, den Strömungswiderstand des Primärfluids zu begrenzen, wenn es aus dem Tubus 93' zur Mündung 61 über den Raum 600 fließt.
Dank dieser Anordnung ist es möglich, die gesamten an dem Tauscher angeschlossenen Rohre in der gleichen Ausrichtung vorzusehen, senkrecht zu den Platten des Tauschers.
Natürlich kann diese Ausführungsform auch mit einem integrierten T-förmigen Rohransatz versehen werden, wie die zweite oder dritte Ausführungsform.
Die Steuereinrichtung der Stange 90' ist zum Beispiel ein Elektromagnet oder ein elektrischer Untersetzungsmotor mit rotierender Achse.
Das integrierte Ventil könnte an der Eingangsseite des Primärfluids im Tauscher platziert werden, und im Gegensatz könnte der T-förmige Rohransatz (integriert oder nicht) auf der anderen Seite angebracht werden, am Ausgang des Tauschers, entsprechend einer Anordnung ähnlich der in 1 des bereits erwähnten Dokuments FR-A-2 719 101 dargestellten.
Zu bedenken ist, dass man bei jedweder betreffenden Ausführungsform eine Klappe vorsehen könnte, deren Veränderung der Verschlussposition nicht sofort, sondern mit einer gewissen Verzögerung geschieht (bespielsweise einige Sekunden), um thermische Schocks im Tauscher zu vermeiden.
Gleichfalls wäre es möglich, einen unvollständigen Verschluss des Verschlussorgans vorzusehen, wenn es sich in der unteren Position befindet, die dem Ingangsetzen ausschließlich der Heizung entspricht (kein sanitäres Abzapfen).
Auf diese Weise wird es einem gewissen Anteil des Primärfluids ermöglicht, den Tauscher zu durchfließen, um eine ständige Erwärmung der Platten aufrechtzuerhalten.
Dank dieser Anordnung wird bei Bedarf von Sanitärwasser sehr rasch Warmwasser geliefert, weil der Tauscher ständig vorgeheizt gehalten wird.
Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, zum Beispiel, indem man kleine Löcher am Rand der oberen Öffnung des Kanals CS1 vorsieht, die nicht durch den Verschlussdiskus bedeckt werden, selbst wenn er sich in der unteren Position befindet.
Obwohl der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in einer speziellen Anwendung beschrieben worden ist, kann ein derartiger Tauscher in unterschiedlichen Anwendungen und für verschiedenartige Fluide (Flüssigkeit und/oder Gas) eingesetzt werden, insbesondere bei verschiedenartigen industriellen Prozessen und im Bereich der Automobilausrüstung.

Claims

Wärmetauscher mit übereinander angeordneten parallelen Platten, die zwei Wärmetauschhohlräume begrenzen, von denen der eine von einem Primärfluid und der andere von einem Sekundärfluid, die in Form von abwechselnden dünnen Schichten fließen, durchflossen ist, wobei der Eingang und der Ausgang jedes Fluids durch ein Paar von in einer Endplatte ausgesparten, sogenannten Hauptmündungen über Eingangs- und Ausgangskanäle, welche die inneren Platten queren und mit den wesentlichen Zwischenräumen des korrespondierenden Hohlraums in Verbindung stehen, gebildet sind, wobei der Tauscher ein Dreiwegventil zur Verteilung des Primärfluids enthält, das in den Tauscher integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der eine der Wege des besagten Ventils durch die eine (61) der zwei Hauptmündungen (30, 61), durch die das Primärfluid fließt, gebildet ist, ein anderer durch die Öffnung (62) des Kanals des Primärhohlraums, der dieser Öffnung benachbart ist, und der dritte durch eine Zusatzmündung (60), die in derselben Endplatte (300) ausgebildet ist wie die besagte Hauptmündung (61) und in der Nähe der besagten Öffnung des Kanals (62) angeordnet ist, wobei ein in dieser Platte (300) vertiefter Kanal (6) diese zwei Mündungen (60, 61) verbindet, wobei dieses Ventil eine zum wahlweisen Verschließen entweder der besagten Öffnung des Kanals (62) oder der besagten Zusatzmündung (60) dienende Klappe enthält.
Tauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmündung (60) koaxial bezüglich der Öffnung des Kanals (62) angeordnet ist und die Klappe (71, 91) in einem diskusförmigen Kolben besteht, der unter Verschiebung entlang der gemeinsamen Achse der Zusatzöffnung (60) mit der Öffnung (62) beweglich ist.
Tauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine elektrische oder hydraulische Steuereinrichtung (7, 9, 9') des Kolbens (71, 91, 91') enthält.
Tauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Steuereinrichtung (7) an der Endplatte (301) befestigt ist, die der Endplatte (300) gegenüberliegt, in welcher die Haupt- und Zusatzmündungen (61, 60) ausgebildet sind, wobei die Stange (70) des Kolbens (71) koaxial durch den Kanal verläuft.
Tauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9, 9') an der Endplatte (300) befestigt ist, in welcher die Haupt- und Zusatzmündungen (61, 60) ausgebildet sind, wobei die Stange (90, 95') des Kolbens (91, 91') koaxial durch eine in der besagten Zusatzmündung (60) angebrachte röhrenförmige Verbindung verläuft.
Tauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der anderen Hauptmündung (30) gleichermaßen eine Zusatzmündung (36) zugeordnet ist, die in derselben Endplatte ausgebildet ist wie diese, und welche mit dieser durch einen in der letzteren vertieften Kanal (35) in Verbindung steht.
Tauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Dreiwegventil am Ausgang des Primärhohlraums vorgesehen ist.
Gemischte Installation zur häuslichen Verteilung von Warmwasser mit einem Primärkreis einer Zentralheizung (I) und einem Sekundärkreis (II) für sanitäre Zapfstellen, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einem Tauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist, der den Heizkörpern (100) der Zentralheizung parallelgeschaltet ist, wobei das durch einen Kessel (1) gelieferte Wasser der Zentralheizung das besagte Primärfluid bildet und das Wasser der sanitären Zapfstellen das besagte Sekundärfluid bildet.