DE19721657A1 - Wärmetauscher - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung finden beispielsweise in
Solarkollektoren, Heizungen oder Kühlsystemen Anwendung.
In diesen Wärmetauschern strömt im Betrieb die Trägerflüssigkeit durch ein
Sammelrohr zu und soll sich möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Trägerrohre
verteilen, um einen effizienten Wärmetauschprozeß sicherzustellen. Für eine hohe
Leistungsfähigkeit eines Wärmetauschers ist neben einigen anderen
Eigenschaften vor allem erforderlich, daß aufgenommene Wärme oder Kälte
effizient und gleichmäßig abgeführt wird, was zu den wesentlichen Aufgaben der
Erfindung zählt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trägerrohre in ihrem
Strömungsraum mindestens ein, die Trägerflüssigkeit einer turbulenten Strömung
unterwerfendes und einen kontrollierten Druckverlust erzeugendes Mittel
aufweisen. Die Turbulenz besitzt als Resultat einen optimalen Wärmeübergang,
während der Druckverlust zu einer gleichmäßigen Durchströmung der
Trägerrohre führt.
Durch die Erzeugung einer turbulenten Strömung in den einzelnen Trägerrohren,
wird ein optimaler Wärme-/Kälteübergang erzielt, die ohne die erfindungsgemäße
Maßnahme nur durch größere Strömungsgeschwindigkeiten und/oder größere
Rohrdurchmesser erreicht werden würde. Dies ist jedoch nicht immer möglich
und würde außerdem zu größeren Druckverlusten führen, was wiederum höhere
Pumpenleistungen erforderlich macht. Somit erweist sich der erfndungsgemäße
Wärmetauscher als wesentlich flexibler aus, als bisherige Ausführungen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
besteht das die Trägerflüssigkeit einer turbulenten Strömung unterwerfende Mittel
aus einem, in den Strömungsraum des Trägerrohres einsetzbaren Element, so daß
handelsübliche Rohre verwendet werden können. Dieses einzusetzende Element
kann aus einer Spirale gebildet sein, die sich zur Erzeugung einer turbulenten
Strömung des durchfließenden Mediums bestens eignet.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung besteht die
Möglichkeit das die Wärmeträgerflüssigkeit einer turbulenten Strömung
unterwerfende Mittel dadurch zu bilden, daß die Innenwand des Trägerrohres
dem gewünschten Ergebnis entsprechend geformt ist. Dies kann während des
Rohrherstellungsprozeß oder durch anschließende, von außen wirkende
Verformung des Trägerrohres erfolgen. Auch eine Mischform, also eine
Kombination aus Formgebung der Innenwand des Trägerrohres und einem hierin
eingesetztem Element, beispielsweise einer Spirale, können je nach
Anwendungsfall sinnvoll sein. Zur Schaffung der speziellen inneren Struktur des
Trägerrohres bieten sich also die verschiedensten Maßnahmen an, wobei
insbesondere bei einzusetzenden Turbuelementen individuell auf jede
Baumaßnahme reagiert werden kann.
Zweckmäßiger Weise wird das Trägerrohr auf seiner gesamten Länge von dem
die Trägerflüssigkeit einer turbulenten Strömung unterwerfenden Mittel
durchsetzt. Es sind allerdings auch durch die jeweilige Baumaßnahme bedingte
Ausführungsformen denkbar, bei denen es ausreichend ist, die Trägerrohre
zumindest in einem Teilbereich von diesem Mittel zu durchsetzen, wobei die
nachfolgende Strömungsstrecke so zu wählen ist, daß die gewonnene Turbulenz
nicht oder nur unwesentlich verloren geht.
Eine zweckmäßige Verwendung bzw. sinnvoller Einsatz des erfindungsgemäßen
Wärmetauschers ist die Ausbildung als Solarabsorber.
Auch als Deckenkühlsystem, Decken- oder Wandheizungen ist die vorliegende
Erfindung geeignet.
Als Materialien für die Trägerrohre und Flächenelemente eignen sich Kupfer oder
auch alle anderen Materialien, die dem Wärmetauschprozeß zweckdienlich sind.
Als einzusetzende Turbuelemente eignen sich sowohl metallische Werkstoffe als
auch Kunststoff.
Die Verbindung zwischen Trägerrohre und Flächenelementen können durch
Verschweißen, Klemmung etc. geschaffen werden oder aber auch einstückig
miteinander hergestellt werden.
Bei einer eigenständigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen,
in den Strömungsbereich zwischen Verteilerrohr und Trägerrohr(e) ein, einen
Druckverlust erzeugendes Mittel anzuordnen.
Ansonsten sind besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand den beigefügten Zeichnungen, die besonders bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wird diese nun näher beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen als Absorber von Solarkollektoren
ausgebildeten Wärmetauschers,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 angedeuteten Linie A-A,
Fig. 3 Fig. 2 in einer Vergrößerung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Darstellung gemäß Fig. 3 in
aufgebrochener Situation mit einem eingesetzten die
Turbulenz erzeugendem Mittel,
Fig. 5 eine perspektifische Darstellung des Sammel- bzw. Verteilerrohres
4/5,
Fig. 6 einen Querschnitt durch die Trägerrohreinführung in das
Sammel-/Verteilerrohr,
Fig. 7 eine perspektifische Teildarstellung des als Absorber ausgebildeten
Wärmetauschers.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel bzw. ein Anwendungsfall
der vorliegenden Erfindung, bei dem der Wärmetauscher 1 als Absorber in einem
Solarkollektor eingesetzt ist. Zwischen einem Verteilerrohr 4 und einem
Sammelrohr 5 ist beispielsweise eine Gruppe von Flächenelementen 2 hier
Absorberflächenelemente angeordnet, die jeweils ein von der Trägerflüssigkeit 6
durchströmtes Trägerrohr 3 aufweisen. Die Trägerrohre 3 sind strömungsmäßig
mit dem Verteilerrohr 4 bzw. dem Sammelrohr 5 verbunden. Durch das
Verteilerrohr 4 strömt ungeheizte Wärmeträgerflüssigkeit 6 zu. Diese verteilt sich
aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme gleichmäßig auf die Trägerrohre 3.
Dort nimmt die Wärmeträgerflüssigkeit 6 die vorliegende Wärme auf und fließt in
das Sammelrohr 5 ein, von wo aus diese zur Ausnutzung weitergeleitet wird. Wie
aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, wird der Absorber bzw. der Wärmetauscher 1
durch parallel angeordnete Flächenelemente 2 mit jeweils einem Tragrohr 3
gebildet. In Fig. 3, bei der das die Turbulenz erzeugende Mittel nicht dargestellt,
geht unter anderem noch der herstellungsgemäße Aufbau des Absorbers bzw. des
Wärmetauschers 1 hervor. Dieser kennzeichnet sich unter anderem durch seine
vollkommen glatte Oberfläche 12 aus. Diese garantiert die maximale
Aufnahmefähigkeit für die ankommende Sonnenstrahlung und die minimalste
Rückstrahlung, da die Abstrahlungsfläche minimiert ist. Durch eine metallische
Aufschweißung der beispielsweise aus Kupfer beschaffenen Trägerrohre 3 auf
das Flächenelement 2, was beispielsweise durch Ultraschall erfolgt, wird ein
widerstandsloser Wärmeübergang zwischen Absorberflächenelement und
Trägerrohr möglich. Auch wird durch die glatte Oberfläche und durch die
Anordnung des Trägerrohres unter dem Absorberflächenelement, eine
Schattenbildung vermieden.
In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich auf dem Flächenelement 2 eine erste
Schicht 11 aus beispielsweise Nickel, die von einer weiteren Schicht 10,
beispielsweise aus Schwarzchrom überzogen ist, was ebenfalls zu den bereits
geschilderten Vorteilen führt.
Um nun die vorliegende Wärme schnell, effizient und gleichmäßig abzuführen, ist
erfindungsgemäß vorgesehen die Wärmeträgerflüssigkeit einer turbulenten
Strömung zu unterwerfen. Hierzu ist in einer ersten Ausführungsform der
Erfindung gemäß Fig. 4 eine Spirale als Mittel 8 zur Turbulenzerzeugung
eingesetzt.
Bei einer alternativen Maßnahme die hier nicht dargestellt ist, wird dies durch
eine entsprechende Formgebung der Rohrinnenwand 9 vorgenommen.
Wie bereits eingangs dargelegt, erzeugt die erfindungsgemäße Maßnahme in den
einzelnen Trägerrohren 3, die man bei Absorbern für Kollektoren auch
Lamellenrohre nennt, eine turbulente Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit, die
erwiesenermaßen zu einem besseren Wärmeübergang führt. Diese turbulente
Strömung kann ohne die erfindungsgemäße vorgeschlagene Maßnahme ansonsten
nur durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten und/oder größere
Rohrdurchmesser erreicht werden, was jedoch nicht immer möglich ist und
außerdem große Druckverluste und damit höhere Pumpenleistungen erforderlich
macht.
Die allerdings durch die erfindungsgemäße Maßnahme erzeugten Druckverluste
sorgen dagegen in den einzelnen Trägerrohren für die gleichmäßige
Durchströmung. Sind nämlich die Druckverluste an diesen Stellen gering im
Vergleich zu denen in den Verteiler/Sammelrohren, was bei den normalerweise
sehr geringen Volumenströmen immer der Fall ist, strömt die
Wärmeträgerflüssigkeit hauptsächlich durch einen Teil der Trägerrohre, die
geringfügig geringere Druckverluste aufweisen. Die restlichen Trägerrohre
würden somit ohne die erfindungsgemäße Maßnahme nur gering durchströmt und
die erzeugte Wärme dadurch schlecht abgeführt werden.
Die in den weiteren Figuren dargestellten Elemente sind mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet wie in den vorangegangenen Zeichnungen.
Claims (30)
1. Wärmetauscher, bestehend aus mindestens einem, zur Aufnahme oder Abgabe
von Wärme oder Kälte geeigneten Flächenelement, auf dem ein oder mehrere
Trägerrohre zum Transport einer Trägerflüssigkeit angeordnet ist/sind, wobei
zwischen Flächenelement und Trägerrohr(e) eine zum Wärme- oder
Kälteaustausch geeignete Verbindung vorliegt und bei dem das/die
Trägerrohr(e) an seinen/ihren freien Enden einerseits in ein Verteilerrohr für
die Zuströmung und andererseits in ein Sammelrohr für die Abströmung der
Trägerflüssigkeit eingeführt ist/sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerrohr (3) in seinem Strömungsraum (7) mindestens ein, die
Wärmeträgerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfendes, einen
kontrollierten Druckverlust erzeugendes Mittel (8) aufweist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Trägerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfende
Mittel (8) aus einem in dessen Strömungsraum (7) einsetzbares Element
besteht.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Trägerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfende
Mittel (8) eine Spirale ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Trägerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfende
Mittel (8) durch die Formgebung der Tragrohrinnenwand (9) gebildet ist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Trägerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfende
Mittel (8) das Trägerrohr (3) auf seiner gesamten Länge durchsetzt.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Trägerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfende
Mittel (8) zumindest in einem Teilbereich des Strömungsraumes (7) im
Trägerrohr (3) angeordnet ist.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (1) als Absorber für Solarkollektoren ausgebildet ist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 6,
dadurdurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (1) als Deckenkühlsystem ausgebildet ist.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher als Deckenheizung ausgebildet ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher als Wandheizung ausgebildet ist.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flächenelemente (2) aus beschichteten Kupferblechen bestehen.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flächenelemente (2) aus Edelstahl bestehen.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flächenelemente (2) aus Aluminium bestehen.
14. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerrohr (3) aus Kupfer besteht.
15. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerrohr (3) aus Edelstahl besteht.
16. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorliegenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerrohr (3) aus Aluminium besteht.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerrohr (3) aus das Flächenelement (2) aufgeschweißt ist.
18. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Flächenelement (2) und die Trägerrohre (3) einstückig ausgebildet
sind.
19. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung zwischen Trägerrohren (3) und Flächenelement (2) durch
Falzung vorliegt.
20. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung zwischen Trägerrohren (3) und Flächenelement (2) durch
Klemmung vorliegt.
21. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung zwischen Trägerrohren (3) und Flächenelement (2) durch
Klebung vorliegt.
22. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Trägerrohren (3) und Flächenelement (2) eine Klipsverbindung
vorliegt.
23. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Trägerrohren (3) und Flächenelement (2) eine
Klammerverbindung vorliegt.
24. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Trägerrohren (3) und Flächenelement (2) eine
Manschettenverbindung vorliegt.
25. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Trägerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfende
Mittel (8) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
26. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Trägerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfende
Mittel (8) aus Kunststoff gebildet ist.
27. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Flächenelement (2) als Absorberflächenelement ausgebildet ist.
28. Wärmetauscher, bestehend aus mindestens einem, zur Aufnahme oder Abgabe
von Wärme oder Kälte geeigneten Flächenelement, auf dem ein oder mehrere
Trägerrohre zum Transport einer Trägerflüssigkeit angeordnet ist/sind, wobei
zwischen Flächenelement und Trägerrohr(e) eine zum Wärme- oder
Kälteaustausch geeignete Verbindung vorliegt und bei dem das/die
Trägerrohr(e) an seinen/ihren freien Enden einerseits in ein Verteilerrohr für
die Zuströmung und andererseits in ein Sammelrohr für die Abströmung der
Trägerflüssigkeit eingeführt ist/sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Strömungsbereich zwischen Verteilerrohr und Trägerrohr(e) ein, einen
Druckverlust erzeugendes Mittel angeordnet ist.
29. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das im Strömungsraum der Trägerrohre angeordnete Mittel zur
Turbulenzerzeugung eine Kombination aus Innenwandgestaltung des
Trägerrohres und eingesetztem Element ist.
30. Wärmetauscher, bestehend aus mindestens einem Trägerrohr, das als
Wärmeträger dient,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerrohr (3) in seinem Strömungsquerschnitt (7) mindestens ein, die
Wärmeträgerflüssigkeit (6) einer turbulenten Strömung unterwerfendes, einen
kontrollierten Druckabfall erzeugendes Mittel (8) aufweist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29724896U DE29724896U1 (de) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Wärmetauscher |
DE19721657A DE19721657A1 (de) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Wärmetauscher |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19721657A DE19721657A1 (de) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Wärmetauscher |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19721657A1 true DE19721657A1 (de) | 1998-12-10 |
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ID=7830319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19721657A Ceased DE19721657A1 (de) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Wärmetauscher |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: NOVA SOLAR GMBH, 27472 CUXHAVEN, DE |
|
8131 | Rejection |