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    • 专利摘要:
    Es wird ein Wärmetauscher (1) angegeben mit einem primärseitigen Strömungspfad (5), der zwischen einem Einlaßanschluß (3) und einem Auslaßanschluß (4) angeordnet ist, einem sekundärseitigen Strömungspfad (8), der zwischen einem Zulaufanschluß (6) und einem Rücklaufanschluß (7) angeordnet ist, einer Wärmeübergangsflächenanordnung (9) zwischen dem primärseitigen Strömungspfad (5) und dem sekundärseitigen Strömungspfad (8) und einem Temperatursensor (14). DOLLAR A Man möchte eine platzsparende Möglichkeit der Temperaturermittlung angeben, die dennoch zufriedenstellende Ergebnisse liefert. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß der Temperatursensor (14) am Rücklaufanschluß (7) innerhalb des sekundärseitigen Strömungspfades (8) in Kontakt mit oder mit einem kleinen Abstand zu der Wärmeübergangsflächenanordnung (9) angeordnet ist.
    公开号:DE102004020293A1
    申请号:DE102004020293
    申请日:2004-04-26
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Atli Benonysson
    申请人:Danfoss AS；
    IPC主号:F24D3-08
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Wärmetauscher miteinem primärseitigenStrömungspfad,der zwischen einem Einlaßanschluß und einemAuslaßanschluß angeordnetist, einem sekundärseitigenStrömungspfad,der zwischen einem Zulaufanschluß und einem Rücklaufanschluß angeordnetist, einer Wärmeübergangsflächenanordnungzwischen dem primärseitigenStrömungspfadund dem sekundärseitigenStrömungspfadund einem Temperatursensor.
    [0002] Einderartiger Wärmetauscherwird beispielsweise in einem Fernheizungssystem verwendet, um Brauchwasser,das durch den sekundärseitigenStrömungspfadfließt,zu erwärmen.Die fürdie Erwärmungnotwendige Wärmemengewird überdie Wärmeträgerflüssigkeitdes Fernheiznetzes antransportiert. Diese Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt den primärseitigenStrömungspfad.Der primärseitige Strömungspfadund der sekundärseitigeStrömungs pfadliegen in einem Gehäusedes Wärmeträgers in wärmeleitenderVerbindung aneinander an, so daß eineWärmeübertragung über dieWärmeübergangsflächenanordnungerfolgen kann. In ähnlicherWeise kann mit einem derartigen Wärmetauscher Brauchwasser erhitztwerden, das zur Beheizung eines Gebäudes verwendet wird, wobeiauch hier die Wärme auseinem Fernheizungsnetz stammt.
    [0003] Umeine möglichstgenaue Temperatureinstellung am Ausgang zu erhalten, steuert manden Strom der Wärmeträgerflüssigkeitauf der Primärseitein Abhängigkeitvon der Wärme,die auf der Sekundärseiteabgenommen wird. Dies soll im folgenden am Beispiel von Brauchwassererläutertwerden, das in dem Wärmetauschererwärmtwird. Sobald Brauchwasser am Rücklaufanschluß der Sekundärseite entnommenwird, strömtkaltes Brauchwasser in den Zulaufanschluß nach. Dementsprechend muß praktischgleichzeitig Wärmeträgerflüssigkeitdurch den primärseitigenStrömungspfadströmenkönnen, damitgenügendWärme andie Sekundärseite übertragenwerden kann.
    [0004] Umein Ventil zu steuern oder sogar zu regeln, das auf der Primärseite denFlüssigkeitsstrom steuert,ist vielfach ein Temperatursensor erforderlich, mit dessen Hilfeman eine derartige Regelung durchführen kann.
    [0005] Sozeigt WO 02/070976 A1 einen Wärmetauscherder eingangs genannten Art, bei dem der Temperatursensor einen gekapseltenRaum aufweist, in dem sich eine ausdehnbare Flüssigkeit oder ein ausdehnbaresGas befindet. Dieser gekapselte Raum steht in temperaturleitenderVerbindung mit dem Wärmetauscher.Er kann entweder auf der Außenseiteangeordnet sein oder auch inmitten des Wärmetau schers, wo er dann vonder Temperatur auf der Primärseiteund der Temperatur auf der Sekundärseite beaufschlagt wird. Dieaus dem gekapselten Raum verdrängteFlüssigkeitbzw. das verdrängteGas wirkt unmittelbar auf ein Ventil ein, um es zu öffnen oderzu schließen.Der Temperatursensor hat flächenmäßig eineErstreckung, die an die größte Fläche desWärmetauschersangepaßtist. Er benötigtalso relativ viel Bauraum und ist nicht ohne weiteres in der Lage,die fürdie Steuerung des Stroms der Wärmeträgerflüssigkeitdurch den primärseitigenStrömungspfadnotwendigen Informationen zu liefern.
    [0006] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine platzsparende Möglichkeitder Temperaturermittlung anzugeben, die dennoch zufriedenstellende Ergebnisseliefert.
    [0007] DieseAufgabe wird bei einem Wärmetauscherder eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Temperatursensor am Rücklaufanschluß innerhalbdes sekundärseitigenStrömungspfadesin Kontakt mit oder mit einem kleinen Abstand zu der Wärmeübergangsflächenanordnungangeordnet ist.
    [0008] Mitdieser Ausgestaltung wird zum einen die Temperatur unmittelbar imRücklaufanschluß des sekundärseitigenStrömungspfadeserfaßt.Der Sensor ist also in der Lage, die Temperatur des Brauchwassers,das durch den Strömungspfadfließt,dort zu ermitteln, wo der Wärmeübergangvon der Primärseite aufdie Sekundärseiteabgeschlossen ist. Man kann mit einem derartigen Temperatursensoralso eine relativ schnelle und genaue Regelung der Wärmezufuhrauf das durch den sekundärseitigen StrömungspfadfließendeFluid vornehmen. Der Temperatursensor nimmt auch relativ schnell Änderungenauf, die sich nicht unmittelbar in dem durch den sekundärseitigenStrömungspfadfließendenFluid ergeben, sondern auch in der Umgebung, insbesondere auf der Primärseite.Diese Einflüssewirken überdie Wärmeübergangsflächenanordnungentweder direkt auf den Temperatursensor, wenn er in Kontakt mitdieser Wärmeübergangsflächenanordnungsteht, oder mit einer kleinen Verzögerung, wenn er einen Abstand dazuaufweist. In jedem Fall läßt sicheine sehr schnelle Antwort auf einen Temperaturwechsel erreichen.Eine unmittelbare Beeinflussung des Temperatursensors durch große Metallmassen,die im Bereich der Fittings am Rücklaufanschluß vorliegen, wirdvermieden. Diese großenMetallmassen reagieren wesentlich träger auf Temperaturänderungen. Dementsprechendbenötigtman auch keine Primärflüssigkeit,um diese Fittings zu erwärmen.Wenn beispielsweise die Entnahme von Brauchwasser aus dem sekundärseitigenStrömungspfadbeendet wird, dann kann sich der Temperatursensor schneller aufheizen,weil er von der Primärseitebesser beeinflußt ist.
    [0009] Vorzugsweisebilden der Einlaßanschluß, der Auslaßanschluß, der Zulaufanschluß und der Rücklaufanschluß Eckpunkteeines Vierecks und der Temperatursensor ist innerhalb des Vierecksangeordnet. Damit stellt man auf einfache Weise sicher, daß die Temperatureinflüsse vonder Primärseiteauf den Temperatursensor wirken können. Der Temperatursensorist also nicht durch den Rücklaufanschluß "abgeschattet". Wenn die Temperaturanschlüsse auchvon der Primärseiteauf den Temperatursensor wirken können, ist eine schnellere Regelungund vor allem ein schnelles Schließen des Ventils auf der Primärseite möglich.
    [0010] Vorzugsweiseweisen der primärseitigeStrömungspfadund der sekundärseitigeStrömungspfad entgegengesetzteDurchflußrichtungenauf. Da der Temperatursensor dem Rücklaufanschluß des sekundärseitigenStrömungspfadesbenachbart ist, ist er aufgrund der entgegengesetzten Strömungsrichtungendurch die beiden Strömungspfadeauch der Temperatur am Einlaßanschluß des primärseitigen Strömungspfadesausgesetzt. Damit kann man bei der Regelung der Strömung durchdie Primärseite hindurchauch Temperatureinflüssevon der Primärseiteberücksichtigen,ohne daß manden Temperatursensor vollständigin die Primärseiteeinbauen müßte.
    [0011] Vorzugsweiseweist das Viereck vom Rücklaufanschluß ausgehendeine längereSeite und eine kürzereSeite auf, wobei der Einlaßanschluß die kürzere Seitebegrenzt und der Temperatursensor näher an der kürzeren Seiteals an der längerenSeite angeordnet ist. Damit stellt man sicher, daß die primärseitigeTemperaturbeeinflussung von einem Teil des durch die Primärseite strömenden Wärmeträgermediumshervorgerufen wird, die in den Wärmetauscher hineinfließt. Durchdie Anordnung des Temperatursensors in Beziehung zu dem Einlaßanschluß läßt sichdie Beeinflussung des Temperatursensors durch die Temperatur aufder Primärseitewichten.
    [0012] Bevorzugterweisesteht der Temperatursensor mit der Wand des Rücklaufanschlusses nicht wärmeleitendin Verbindung. Die Wand des Rücklaufanschlussesist normalerweise aus einem Metall gebildet, beispielsweise Mes sing.Wenn der Temperatursensor hier nicht wärmeleitend verbunden ist, beispielsweisedadurch, daß ervon dieser Wand einen kleinen Abstand aufweist, dann kann man eineunmittelbare und relativ schnelle Beeinflussung des Temperatursensorsdurch die Flüssigkeitam Ausgang des sekundärseitigenStrömungspfadeserreichen. Der Einfluß dergrößeren Metallmassenmit der entsprechend großenthermischen Trägheitkann hingegen verkleinert werden.
    [0013] Bevorzugterweiseist der Temperatursensor als elektronischer Sensor ausgebildet.Der elektronische Sensor erzeugt also elektrische Signale, die von seinerTemperatur abhängen.Derartige Signale lassen sich dann leicht elektrisch weiterverarbeiten,so daß maneine Regelung der Durchströmungauf elektrische Weise erreichen kann. Andere Arten von Temperaturfühlern sindmöglich.
    [0014] Vorzugsweiseist der Temperatursensor in einer Bohrung im Gehäuse des Wärmetauschers angeordnet. Diesist eine relativ einfache Möglichkeit, denTemperatursensor zu plazieren und zu montieren.
    [0015] DieErfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielenin Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen
    [0016] 1 eineschematische Darstellung eines Wärmetauschers,
    [0017] 2 einezweite Ausführungsformeines Wärmetauschersin schematischer Darstellung,
    [0018] 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterungder thermischen Reaktion und
    [0019] 4 eineschematische Darstellung zur Erläuterungder Position des Temperatursensors im Wärmetauscher.
    [0020] Einin 1 nur schematisch dargestellter Wärmetauscher 1 weistein Gehäuse 2 auf,das einen Einlaßanschluß 3 undeinen Auslaßanschluß 4 eines mitdurchgezogenen Linien dargestellten primärseitigen Strömungspfades 5 sowieeinen Zulaufanschluß 6 undeinen Rücklaufanschluß 7 einesstrichpunktiert dargestellten sekundärseitigen Strömungspfades 8 aufweist.Die Strömungspfade 5, 6 liegen über eine Wärmeübergangsflächenanordnung 9 aneinander an.
    [0021] DieDarstellung der 1 ist lediglich schematisch.Bei realen Wärmetauschernwird man den primärseitigenStrömungspfad 5 undden sekundärseitigenStrömungspfad 8 beispielsweisedadurch realisieren, daß mangewellte oder gebogene Bleche aufeinander legt, so daß im Querschnitteine Wabenstruktur entsteht. Einige dieser "Waben" gehören dannzum primärseitigenStrömungspfad 5,während die übrigen "Waben" zum sekundärseitigenStrömungspfad 8 gehören. DieWärmeübergangsflächenanordnungist dann durch die Wändeder Waben gebildet.
    [0022] DerRücklaufanschluß 7 stehtmit einer Brauchwasserzapfstelle 10 in Verbindung, diehier durch ein Ventil 11 dargestellt ist. Wenn das Ventil 11 geöffnet wird,dann strömtWasser durch den sekundärseitigenStrömungspfad 8.Dieses Wasser hat am Zulaufanschluß 6 eine niedrigeTemperatur von beispielsweise 10 bis 15°C und soll an der Zapfstelle eineTemperatur von beispielsweise 50°Caufweisen. Dementsprechend muß mangleichlaufend mit der Entnahme von Brauchwasser aus der Zapfstelle 10 dafür sorgen,daß genügend Wärme durchden primärseitigenStrömungspfad 5 zugeführt wird.
    [0023] ZurSteuerung des Stromes durch den primärseitigen Strömungspfad 5 istein Ventil 12 vorgesehen, das durch eine Steuereinrichtung 13 gesteuertist. Die Steuereinrichtung 13 wiederum bekommt eine Temperaturinformationvon einem Temperatursensor 14, der am Rücklaufanschluß 7 angeordnet ist.Der Temperatursensor 14 ist dabei in eine Bohrung 15 desGehäuses 2 eingesetztund zwar dergestalt, daß sichder Temperatursensor 14 im sekundärseitigen Strömungspfad 8 befindet.Dieser Strömungspfadist in 4 durch die Buchstaben "K" gekennzeichnet,währendder primärseitigeStrömungspfad 5 in 4 durchdie Buchstaben "W" dargestellt ist.Aus 4 geht auch die Wärmeübergangsflächenanordnung 9 hervor.In 4 sind zwei Möglichkeitender Anordnung des Temperatursensors 14 dargestellt, diedurch eine gestrichelte Linie voneinander getrennt sind. Auf derlinken Seite hat der Temperatursensor 14 einen gewissen,kleinen Abstand von der Wärmeübergangsflächenanordnung 9,auf der rechten Seite berührter sie. Beide Ausführungsformenermöglichenes, daß derTemperatursensor auch von der Temperatur auf der Primärseite beeinflußt wird.
    [0024] Wieaus 1 zu erkennen ist, bilden der Einlaufanschluß 3,der Rücklaufanschluß 7,der Auslaßanschluß 4 undder Zulaufanschluß 6 vierEckpunkte eines Recht ecks. Der Temperatursensor 14 istnun innerhalb dieses Rechtecks angeordnet. Es ist auch zu erkennen,daß diesesRechteck eine kurze Seite und eine lange Seite hat. Die kurze Seiteist dabei beispielsweise vom Rücklaufanschluß 7 und vomEinlaßanschluß 3 begrenzt.Der Temperatursensor 14 ist näher an dieser kurzen Seitezwischen dem Rücklaufanschluß 7 unddem Einlaßanschluß 3 angeordnetals an der langen Seite zwischen dem Rücklaufanschluß 7 unddem Auslaßanschluß 4. Dementsprechendwird der Temperatursensor 14 zwar hauptsächlich vonder Temperatur im Rücklaufanschluß 7 beaufschlagt.Er wird aber auch von der Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit beaufschlagt, diein den Einlaßanschluß 3 hineinströmt. EinTeil 5a des primärseitigenStrömungspfades 5 ist sodargestellt, daß erdicht am Temperatursensor 14 vorbeiläuft. Dementsprechend wird derTemperatursensor 14 in einem gewissen Maße durchWärmeleitungauch von der Temperatur des Fluids auf der Primärseite beaufschlagt. Die Wärmestrahlunghat hier nur eine untergeordnete Bedeutung.
    [0025] DerTemperatursensor 14 ist als elektronischer Sensor ausgebildet.Im einfachsten Fall handelt es sich um einen PTC-Widerstand, dessenWiderstandswert sich in Abhängigkeitvon der Temperatur ändert.Natürlichsind auch Halbleiter-Sensoren möglich,deren Strom/Spannungs-Verhalten sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.
    [0026] Dievom Temperatursensor 14 ermittelte Temperatur wird über dieSteuereinrichtung 13 ausgewertet, die in Abhängigkeitvon dieser Temperatur das Ventil 12 am Auslaßanschluß 4 steuert.
    [0027] DerTemperatursensor 14 benötigtnicht viel Platz, so daß auchbei der Verwendung eines derartigen Temperatursensors 14 dieBaugröße des Wärmetauschers 1 nichtnennenswert erhöhtwerden muß.Der Temperatursensor 14 wird durch den Rücklaufanschluß 7 nichtabgeschattet. Man wird ihn vorzugsweise unter einem Winkel von 45° bis 90° zu einerVerbindungslinie zwischen dem Rücklaufanschluß 7 unddem Auslaßanschluß 4 bzw.unter einem Winkel im Bereich von 0 bis 45° zu einer Linie zwischen demEinlaßanschluß 3 unddem Rücklaufanschluß 7 anordnen.Die Wahl des Winkels bestimmt mit, wie groß der Einfluß der Temperaturvon der Primärseiteauf die Steuerung des Ventils 12 ist.
    [0028] 2 zeigteine abgewandelte Ausführungsformeines Wärmetauschers 1.Gleiche und einander entsprechende Elemente sind mit den gleichenBezugszeichen wie in 1 versehen.
    [0029] ImGegensatz zu der Ausgestaltung nach 1 ist derTemperatursensor 14 nun nicht mehr als elektronischer Sensorausgebildet, sondern als Temperaturweggeber. Er enthält alsoeine Füllung,deren Volumen sich in Abhängigkeitvon der Temperatur ändert.Der Temperatursensor 14 ist über eine Kapillarleitung 16 mitdem Ventil 12 verbunden.
    [0030] Im übrigen istdie Anordnung des Temperatursensors 14 aber genau so, wiedies im Zusammenhang mit 1 dargestellt ist.
    [0031] Alsweiterer Unterschied kommt hinzu, daß der Einlaßanschluß 3 und der Auslaßanschluß 4 auf dergleichen Sei te des Gehäuses 2 angeordnetsind. Auf der gegenüberliegendenSeite sind der Zulaufanschluß 6 undder Rücklaufanschluß 7 dessekundärseitigenStrömungspfades 8 angeordnet.
    [0032] Ausder Gegenüberstellungder 3a und 3b istzu erkennen, daß dienormale Totzeit Td in 3a, die bis zum Beginn einerReaktion auf Temperaturänderungenverstreicht, auf fast Null (3b) reduziertist. Der Grund hierfürist, daß derTemperaturfühler 14 direktim Flüssigkeitsstromauf der Sekundärseitesitzt, ohne daß erKontakt zu größeren Massenaufweist. Bei einer Anordnung des Temperaturfühlers 14 (natürlich können auchmehrere Temperaturfühlerverwendet werden), wird die Antwort auf eine Temperaturänderungsehr viel schneller und je nach dem Abstand zur Primärseite kannman die Primärseitein die Regelung mit einbeziehen.
    [0033] ImAnschlußbereichwird man eine größere Massean Metall und an Flüssigkeithaben. Hier wird sich die Temperatur nur langsam ausgleichen. Wenn aberder Temperatursensor 14 einen Abstand zu dem Fitting-Bereichhat, dann benötigtman keine Temperatur von der Primärseite, um diesen Puffer zuerwärmen.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Wärmetauschermit einem primärseitigenStrömungspfad,der zwischen einem Einlaßanschluß und einemAuslaßanschluß angeordnetist, einem sekundärseitigenStrömungspfad,der zwischen einem Zulaufanschluß und einem Rücklaufanschluß angeordnetist, einer Wärmeübergangsflächenanordnung zwischendem primärseitigenStrömungspfadund dem sekundärseitigenStrömungspfadund einem Temperatursensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor(14) am Rücklaufanschluß (7) innerhalbdes sekundärseitigenStrömungspfades(8) in Kontakt mit oder mit einem kleinen Abstand zu der Wärmeübergangsflächenanordnung(9) angeordnet ist.
    [2] Wärmetauschernach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßanschluß (3), der Auslaßanschluß (4),der Zulaufanschluß (6)und der Rücklaufanschluß (7)Eckpunkte eines Vierecks bilden und der Temperatursensor (14)innerhalb des Vierecks angeordnet ist.
    [3] Wärmetauschernach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der primärseitige Strömungspfad (5)und der sekundärseitigeStrömungspfad(8) entgegengesetzte Durchflußrichtungen aufweisen.
    [4] Wärmetauschernach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Viereck vom Rücklaufanschluß (7)ausgehend eine längereSeite und eine kürzereSeite aufweist, wobei der Einlaßanschluß (3) diekürzereSeite begrenzt und der Temperatursensor (14) näher an derkürzerenSeite als an der längerenSeite angeordnet ist.
    [5] Wärmetauschernach einem der Ansprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (14)mit der Wand des Rücklaufanschlusses (7)nicht wärmeleitendin Verbindung steht.
    [6] Wärmetauschernach einem der Ansprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (14)als elektronischer Sensor ausgebildet ist.
    [7] Wärmetauschernach einem der Ansprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (14)in einer Bohrung (15) im Gehäuse (2) des Wärmetauschers(1) angeordnet ist.
    类似技术:
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    公开号 | 公开日
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    PL1740888T3|2017-05-31|
    RU2334929C2|2008-09-27|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-11-17| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-07-20| 8363| Opposition against the patent|
    2013-01-11| R037| Decision of examining division or of federal patent court revoking patent now final|
    2013-05-02| R107| Publication of grant of european patent rescinded|Effective date: 20130502 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004020293A|DE102004020293B4|2004-04-26|2004-04-26|Wärmetauscher|DE102004020293A| DE102004020293B4|2004-04-26|2004-04-26|Wärmetauscher|
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    RU2006140220/06A| RU2334929C2|2004-04-26|2005-04-21|Теплообменник|
    PCT/DK2005/000275| WO2005103572A1|2004-04-26|2005-04-21|Wärmetauscher|
    CN2005800125896A| CN1946971B|2004-04-26|2005-04-21|换热器|
    DK05731241.5T| DK1740888T3|2004-04-26|2005-04-21|heat exchanger|
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