DE202004009559U1 - Heat exchanger for a low-energy house comprises an unpressurized container with an inner chamber having an upper part for direct heat-transfer of condensed refrigerant vapor to fresh water and a lower part for indirect heat transfer - Google Patents

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Abstract

Heat exchanger (1) comprises an unpressurized container with an upward-facing opening. Direct heat-transfer of condensed refrigerant vapor to fresh water flowing in the opposite direction takes place in an upper part of an inner chamber (2) of the heat exchanger. Indirect heat transfer takes place in the lower part of the inner chamber of the heat exchanger. Preferred Features: A double-walled tube is used for heat transfer in the upper part. Refrigerant vapor is condensed in the inner tube and the fresh water to be heated flows in the intermediate space between the inner and outer tube.

Description

Solche bekannten Wärmetauscher werden meist in Niedrigenergie-Häusern verwendet, die mit einer Wärmepumpe und Solaranlagen ausgerüstet sind. Sie haben aber meist den Nachteil, dass ihr Frischwasser auf eine viel zu hohe Temperatur aufgeheizt wird, so zwischen 70 bis 80°Celsius, was nicht nur zu einem großen Energieverlust, sondern auch zu verstärkten Kalkablagerungen und zu Rohrkorrosion führt. Kürzere Wartungsintervalle sind dann notwendig.Such known heat exchanger are mostly found in low energy houses used with a heat pump and solar systems are equipped. However, they usually have the disadvantage that their fresh water is limited to one the temperature is much too high, between 70 and 80 ° Celsius, which is not just a big one Energy loss, but also to increased limescale deposits and leads to pipe corrosion. shorter Maintenance intervals are then necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeichneten Nachteile zu vermeiden und einen Wärmetauscher zu schaffen, bei dem das Frischwasser gewöhnlich nur auf 40°C aufgeheizt wird. Das spart Energie und mindert Kalkablagerungen. In besonderen Fällen, vorzugsweise im Sommer, soll aber auch eine höhere Frischwasser-Temperatur zumindest kurzzeitig zu erreichen sein. Schließlich sollen auch die Legionellen pneumophila, die Legionärslσankheits-Erreger, in Schach gehalten werden, die in Warmwasserleitungen auftreten können.The Invention is based on the object, the recorded disadvantages to avoid and a heat exchanger to create, in which the fresh water usually only heated to 40 ° C. becomes. This saves energy and reduces limescale. In particular cases preferably in summer, but should also have a higher fresh water temperature can be reached at least for a short time. Finally, the legionella are said to be pneumophila, the Legionnaire's disease pathogen, kept in check that occur in hot water pipes can.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Ausspruches 1 ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche, sowie aus der Beschreibung und der Zeichnung.This Object is according to the invention solved by the characterizing features of the main claim. advantageous Developments of the subject matter of the saying 1 result from the characteristics of the subclaims, as well as from the description and the drawing.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:On embodiment the invention is illustrated in the drawing and in the description below explained in more detail. It demonstrate:

1 einen Wärmetauscher im Schnitt durch seine Wandung 1 a heat exchanger in section through its wall

2 einen Querschnitt durch ein doppelwandiges Rohr in der Schnittebene II–II von 1 und 2 a cross section through a double-walled tube in the section plane II-II of 1 and

3 einen Längsschnitt durch das Rohr nach 2. 3 a longitudinal section through the pipe 2 ,

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Ein Wärmetauscher 1 auch „Boiler" genannt, ist nach oben undicht, also offen ausgeführt. Er ist in einen oberen Teil 22 und einen unteren Teil 23 aufgeteilt. In seinem Innenraum 2 ist er drucklos. Gefüllt ist der Innenraum 2 mit einem eutektischen Trägermedium, in einfachster Weise aber lediglich mit Wasser. In den Innenraum 2 sind über acht Anschlüsse vier Leitungen hinein und vier Leitungen wieder herausgeführt. Ein erster Leitungsanschluss 3 ist für die Einleitung von Frischwasser bestimmt, also für Kaltwasser. Das Frischwasser fließt vom Leitungsanschluss 3 über eine Frischwasserleitung 4 durch den Innenraum 2 hindurch und erwärmt sich. Über einen Leitungsanschluss 5 verlässt dann das erwärmte Frischwasser wieder den Innenraum 2. Desweiteren gibt es im Wärmetauscher 1 eine Kältemittelleitung 6, die von einem –Kältemittel- Einlassanschluss 7 über den Innenraum 2 zu einem Kältemittel Auslassanschluss 8 geführt ist. Außerdem sind ein Einlassanschluss 9 und ein Auslassanschluss 10 für eine durch den Innenraum 2 führende Leitung 11 zur Versorgung einer Niedertemperaturheizung vorgesehen. Schließlich gibt es noch eine Solar-Anlage, die einen Einlassanschluss 12 und einen Auslassanschluss 13 für eine im Wärmetauscher verlaufende Solarleitung 14 aufweist. Und weiter ist am Wärmetauscher 1 eine elektrische Widerstandsheizung 15 installiert, die mit einem Heizstab 15 in den Innenraum 2 hineinragt und es befindet sich an der Außenwand des Wärmetauscher 1 eine Isolierung 17 (Wärmedämmung), die Wärmeverluste nach außen vermeidet. Ein eutektisches Trägermedium im Innenraum 2 des Wärmetauschers 1 träge die Bezugszahl 18, und zwei besondere Bereiche der Wärmeübertragung sind mit den Bezugszahlen 19 und 20 versehen, wobei die Übertragung der Wärmeenergie des überhitzten Kältemittels auf das Frischwasser im Bereich 20 direkt und koaxial im oberen Teil 22 des Innenraums 2 erfolgt.A heat exchanger 1 also called "boiler", is leaking upwards, ie it is open. It is in an upper part 22 and a lower part 23 divided up. In its interior 2 it is depressurized. The interior is filled 2 with a eutectic carrier medium, but in the simplest way only with water. In the interior 2 four lines are led in and four lines are brought out again via eight connections. A first line connection 3 is intended for the introduction of fresh water, i.e. for cold water. The fresh water flows from the pipe connection 3 via a fresh water pipe 4 through the interior 2 through and warms up. Via a line connection 5 The heated fresh water then leaves the interior again 2 , There is also in the heat exchanger 1 a refrigerant line 6 by a refrigerant inlet connection 7 about the interior 2 to a refrigerant outlet port 8th is led. There is also an inlet connection 9 and an outlet port 10 for one through the interior 2 leading management 11 provided for the supply of a low temperature heating. Finally, there is a solar system that has an inlet connection 12 and an outlet port 13 for a solar line running in the heat exchanger 14 having. And further on is the heat exchanger 1 an electric resistance heater 15 installed that with a heating element 15 in the interior 2 protrudes and it is located on the outer wall of the heat exchanger 1 insulation 17 (Thermal insulation) that avoids heat loss to the outside. A eutectic carrier medium in the interior 2 of the heat exchanger 1 wear the reference number 18 , and two special areas of heat transfer are with the reference numbers 19 and 20 provided, the transfer of the thermal energy of the superheated refrigerant to the fresh water in the area 20 direct and coaxial in the upper part 22 of the interior 2 he follows.

In den 2 und 3 ist diese Wärmeübertragung in dem koaxial verlaufenden Bereich 20 noch einmal in vergrößertem Maßstab im doppelwandigen Rohr dargestellt und zwar die Wärmeübertragung von der inneren Kältemittelleitung 6 an den Leitungsstrom von Frischwasser in der Frischwasserleitung 4 im Ringrohr 21. Die 3 lässt dabei außerdem ein wesentliches Merkmal der Erfindung erkennen:In the 2 and 3 is this heat transfer in the coaxial area 20 shown again on an enlarged scale in the double-walled tube, namely the heat transfer from the inner refrigerant line 6 to the line flow of fresh water in the fresh water line 4 in the ring tube 21 , The 3 also reveals an essential feature of the invention:

Innen im Ringrohr 21 strömt das Kältemittel, in dem Ringraum des Ringrohres fließt dagegen das Frischwasser und zwar entgegen der Strömungsrichtung des Kältemittels, also im Gegenstrom.Inside in the ring tube 21 the refrigerant flows, whereas the fresh water flows in the annular space of the ring tube, namely against the direction of flow of the refrigerant, that is, in countercurrent.

Wirkungsweiseoperation

Zuerst soll die Frischwassererwärmung und die Heizung:First should be the fresh water heating and the heating:

Im Winterbetrieb beschrieben werden, wobei die Fußbodenheizung im indirekten Betrieb erfolgt Das Frischwasser tritt über den Leitungsanschluss 3 in den mit Trägermedium 18 gefüllten Innenraum 2 ein. Die Frischwasserleitung 4 kann sowohl als Rohr als auch als Rippenrohrwendel ausgeführt sein.Be described in winter operation, whereby the underfloor heating is carried out in indirect operation 3 in the with carrier medium 18 filled interior 2 on. The fresh water pipe 4 can be designed both as a tube and as a finned tube coil.

Das Trägermedium 18 weist eine Temperatur von 40°C bis 45°C auf und überträgt seine Energie indirekt über die Frischwasserleitung 4 auf das durchströmende Frischwasser. Dabei erwärmt sich das Frischwasser entsprechend seiner Fließgeschwindigkeit und gelangt dann koaxial in den Ringbereich 20 im oberen Teil 22 des Innenraumes 2. Der im Gegenstrom überhitzte Kältemitteldampf in der Leitung 6 (etwa 90°C) erwärmt das durchfließende Frischwasser weiter und zwar im direkten Wärmeaustausch auf die jeweils gewünschte Temperatur. Diese Temperatur liegt dann wesentlich höher als die Temperatur des Trägermediums 18. Durch den überhitzten Kältemittedampf von 90 °C werden zudem eventuell im Leitungssystem vorhandene Legionellen eliminiert. Zum Kältemittel selbst ist noch auszuführen, dass an Stelle des Kältemittels auch jeder andere Energieträger mit entsprechendem Temperaturniveau verwendet werden kann.The carrier medium 18 has a temperature of 40 ° C to 45 ° C and transmits its energy indirectly via the fresh water pipe 4 on the fresh water flowing through. This warms up Fresh water according to its flow rate and then reaches the ring area coaxially 20 in the upper part 22 of the interior 2 , The superheated refrigerant vapor in the line 6 (approx. 90 ° C) heats the fresh water flowing through, in direct heat exchange to the desired temperature. This temperature is then significantly higher than the temperature of the carrier medium 18 , The overheated refrigerant vapor of 90 ° C also eliminates any legionella present in the pipe system. Regarding the refrigerant itself, it must also be stated that any other energy source with the appropriate temperature level can be used instead of the refrigerant.

Nach Austritt der Kältemitteleitung 6 aus dem Ring des Rohres der Frischwasserleitung 4 findet bei Nichtabnahme von Frischwasser im internen Teil 23 eine indirekte Wärmeübertragung auf die Leitung 11 für die Fußbodenheizung über das Trägermedium 18 statt.After the refrigerant line emerges 6 from the ring of the pipe of the fresh water pipe 4 takes place in the internal part if fresh water is not taken 23 indirect heat transfer to the pipe 11 for underfloor heating via the carrier medium 18 instead of.

Im Sommerbetrieb übernimmt die Erwärmung des Trägermediums 18 vorzugsweise die Solarleitung 14. Eine indirekte Energieübertragung erfolgt von dem Trägermedium 18 auf die Frischwasserleitung 4 im Bereich 19 bzw. 20. Die Not- bzw. Ersatzversorgung wird über den Heizstab 16 zur Frischwassererwärmung und zur Heizung (Fußbodenheizung) durchgeführt.In summer, the carrier medium is heated 18 preferably the solar line 14 , Indirect energy transfer takes place from the carrier medium 18 to the fresh water pipe 4 in the area 19 respectively. 20 , The emergency or replacement supply is via the heating element 16 for fresh water heating and for heating (underfloor heating).

Als Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung sind zu nennen:As Advantage of the device according to the invention are to be mentioned:

  • 1. Durch die Erfindung des eutektischen Trägermediums 18 in einem Temperaturbereich zwischen 45°C bis 55°C erhöht sich durch den Eintrag latenter Energie die Kapazität des Trägermediums um etwa 50%, was sich positiv auf die Temperaturstabilisierung bei der Frischwassererwärmung auswirkt. Durch die Verwendung zweier in Reihe hintereinander geschalteter Wärmeübertrager zur Frischwassererwärmung, (in jeweils indirekter Energieübertragung), ist die Erzeugung von frischem Warmwasser ausreichend sichergestellt.1. With the invention of the eutectic carrier medium 18 in a temperature range between 45 ° C to 55 ° C, the latent energy input increases the capacity of the carrier medium by about 50%, which has a positive effect on the temperature stabilization during fresh water heating. The use of two heat exchangers connected in series for fresh water heating (each with indirect energy transfer) ensures that fresh hot water is generated.
  • 2. Da die Vorhaltetemperatur von etwa 40°C sehr nieder ist, ist die Einrichtung für den Einsatz von Wärmepumpen besonders geeignet. Eine hohe Arbeitszahl (COP-Wert) der Wärmepumpe ist somit ermöglicht. Damit können die Wärmeübertrageroberflächen deutlich kleiner ausgeführt werden als beim Stand der Technik.2. Since the reserve temperature of about 40 ° C is very low, the device is for the Use of heat pumps particularly suitable. A high coefficient of performance (COP value) for the heat pump is thus possible. So that can the heat exchanger surfaces clearly executed smaller than in the prior art.
  • 3. Ganz wichtig ist es, dass es für temporäre Anwendungen nun möglich ist, die Erwärmung des Frischwassers auf eine Temperatur zu bringen, die deutlich über der Trägermedium-Temperatur liegt und somit die Wirtschaftlichkeit enorm gesteigert wird.3. It is very important that it is now possible for temporary applications the warming of the fresh water to a temperature that is significantly higher than the Carrier medium temperature is and thus the profitability is increased enormously.
  • 4. Im direkten Austausch von Frischwasser zum überhitztem Kältemittel von 75°C bis 85°C wird das Legionellenproblem elegant gelöst.4. In the direct exchange of fresh water for superheated refrigerant of 75 ° C up to 85 ° C the legionella problem is solved elegantly.

1.1.
Wärmetauscherheat exchangers
2.Second
Innenrauminner space
3.Third
Leitungsanschlussline connection
4.4th
FrischwasserleitungFresh water pipe
5.5th
Leitungsanschlussline connection
6.6th
KältemittelleitungRefrigerant line
7.7th
KältemitteleinlassanschlussRefrigerant inlet port
8.8th.
KältemittelauslassanschlussKältemittelauslassanschluss
9.9th
Einlassanschlussinlet port
10.10th
Auslassanschlussoutlet
11.11th
Leitung (Fußbodenheizung)management (Floor)
12.12th
Einlassanschlussinlet port
13.13th
Auslassanschlussoutlet
14.14th
Solarleitungsolar line
15.15th
Widerstandsheizungresistance heating
16.16th
Heizstabheater
17.17th
Isolierunginsulation
18.18th
eutektisches Trägermediumeutectic transfer medium
19.19th
BereichArea
20.20th
BereichArea
21.21st
Ringrohrdonut
22.22nd
oberer Teilupper part
23.23rd
unterer Teillower part

Claims (6)

Wärmetauscher mit einem nach oben offenem, drucklosem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen Teil (22) eines Innenraumes (2) des Wärmetauschers (1) eine direkte Wärmeübertragung von kondensiertem Kältemitteldampf auf im Gegenstrom hindurchfliesendes Frischwasser stattfindet und dass eine indirekte Wärmeübertragung im unteren Teil (23) des Innenraumes (1) des Wärmetauschers (1) vorgesehen ist.Heat exchanger with an open, pressureless container, characterized in that in an upper part ( 22 ) an interior ( 2 ) of the heat exchanger ( 1 ) there is direct heat transfer from condensed refrigerant vapor to fresh water flowing in countercurrent and that indirect heat transfer in the lower part ( 23 ) of the interior ( 1 ) of the heat exchanger ( 1 ) is provided. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wärmeübertragung in dem oberen Teil (22) des Innenraumes (2) ein doppelwandiges Rohr verwendet ist, in welchem im Innenrohr Kältemitteldampf kondensiert und im Zwischenraum vom Innen- zum Außenrohr das zu erwärmende Frischwasser fließt.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that for heat transfer in the upper part ( 22 ) of the interior ( 2 ) A double-walled tube is used, in which refrigerant vapor condenses in the inner tube and the fresh water to be heated flows in the space between the inner and outer tube. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel und das Frischwasser im doppelwandigen Rohr zu einem optimalen Wärmeaustausch im Gegenstrom geführt sind. (3)Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the refrigerant and the fresh water are guided in the double-walled tube for optimal heat exchange in countercurrent. ( 3 ) Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das überhitzte Kältemittel das im Ringrohr (21) in Gegenrichtung fließende Frischwasser in direkter Weise auf eine jeweils gewünschte Wassertemperatur aufheizbar ist, die höher sein kann, als die vorherrschende Temperatur des Trägermediums (18)Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the superheated refrigerant in the ring tube ( 21 ) Fresh water flowing in the opposite direction can be heated directly to a desired water temperature, the height than the prevailing temperature of the carrier medium ( 18 ) Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragung einer Solaranlage (14) auf das Frischwasser in dem unteren Teil (23) des Wärmetauschers (1) auf indirekte Weise erfolgt und dass das dort durchfließende Frischwasser allein unter Einwirkung der Sonnenenergie auf eine höhere Temperatur als die üblichen 40° Celsius das Trägermedium (18) anhebbar ist.Heat exchanger according to one of claims 1-4, characterized in that a heat transfer from a solar system ( 14 ) on the fresh water in the lower part ( 23 ) of the heat exchanger ( 1 ) takes place in an indirect way and that the fresh water flowing through there alone under the influence of solar energy at a higher temperature than the usual 40 ° Celsius is the carrier medium ( 18 ) can be raised. Wärmetauscher nach einem Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine indirekte Wärmeübertragung auf den Wärmetauscher (14) der Niedertemperaturheizung erfolgt.Heat exchanger according to claim 5, characterized in that an indirect heat transfer to the heat exchanger ( 14 ) of the low temperature heating.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104990431A (en) * 2015-07-29 2015-10-21 河南红东方化工股份有限公司 Built-in screw-conveyer heat exchanger
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