DE202004016209U1

DE202004016209U1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE202004016209U1
Application number: DE202004016209U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2014-10-21

Abstract

Wärmetauscher als geschlossener Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen Teil (22) eines Innenraumes (2) des Wärmetauschers (1) eine direkte Wärmeübertragung durch kondensierten Kältemitteldampf im Doppelrohrwärmeübertrager (6.1) auf im Gegenstrom hindurchfließendes Frischwasser, sowie im unteren Teil (23) eine direkte Wärmeübertragung durch kondensierten Kältemitteldampf im Doppelrohrwärmeübertrager (6.2) im Gegenstrom hindurchfließendes Heizwasser stattfindet, dass eine direkte Wärmeübertragung auf das Frischwasser im Ringraum (20) im oberen Teil (22) im Doppelrohrwärmeübertrager (6.1) und eine direkte Wärmeübertragung auf das Heizwasser im Ringraum (20) im unteren Teil (23) im Doppelrohrwärmeübertrager (6.2) des Wärmetauschers (1) stattfindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiger Wärmetauscher ist bekannt.
Solche bekannten Wärmetauscher haben meist den Nachteil, dass ihr Frischwasser sehr unwirtschaftlich auf ein brauchbares Temperatur -Niveau von ca. 60°C erwärmt wird und hohe Einbusen im Wirkungsgrad der Wärmepumpe durch den Betrieb an der thermischen Stabilitätsgrenze des Kältemittels in Kauf genommen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeichneten Nachteile zu vermeiden und einen Wärmetauscher zu schaffen, bei dem das Speichermedium für gewöhnlich nur auf 40°C aufgeheizt wird. Das spart Energie, erhöht den Wirkungsgrad und schont die Umwelt.
Die Verwendung von mehreren Wärmeerzeugern ist vorgesehen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches. Vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes des Anspruches 1 ergeben sich aus den Merkmale der Unteransprüche, sowie aus der Beschreibung und der Zeichnung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Wärmetauscher im Schnitt durch seine Wandung
2 einen Querschnitt durch ein doppelwandiges Rohr in der Schnittebene A–A von 1 und
3 einen Längsschnitt durch das Rohr nach 2
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Wärmetauscher 1 auch „Boiler" genannt ist geschlossen und als Druckbehälter ausgebildet. Er ist in einen oberen Teil 22 und einen unteren Teil 23 aufgeteilt. Der Innenraum 2 ist unter Druck. Gefüllt ist der Innenraum 2 mit einer Solelösung (Frostschutzmittel), in einfachster Weise aber lediglich mit Wasser. In den Innenraum 2 sind zehn Anschlüsse fünf Leitungen hinein und fünf 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 einen oberen Doppelrohrübertrager 6.1 und einen unteren Doppelrohrübertrager 6.2 der am Kältemittel-Einlassanschluss 7 beginnt und zum Kältemittelauslassanschluss 8 geführt ist.
Der Doppelrohrübertrager 6.2 dient vornehmlich der Heizwassererwärmung.
Schließlich gibt es noch Anschlüsse für externe Warmwassererzeuger vornehmlich Solar-Anlage und Festbrennstoffkessel, die einen Einlassanschluss 12 bzw. 12.1 und einen Auslassanschluss 13 bzw. 13.1 aufweist, wobei die jeweiligen Rohrenden sich im unteren Teil 23 befinden. Weiter ist am Wärmetauscher 1 eine elektrische Widerstandsheizung 15 installiert, die in den Innenraum 2 hineinragt. An der Außenfläche des Wärmetauschers 1 befindet sich eine Isolierung 1i (Wärmedämmung), die Wärmeverluste nach außen vermeidet. Eine Solelösung bzw. Speicherwasser im Innenraum 2 des Wärmetauschers 1 trägt die Bezugszahl 18, und zwei besondere Bereiche der Wärmeübertragung sind mit den Bezugszahlen 20 und 21 versehen, wobei die Übertragung der Wärmeenergie des überhitzten und kondensierenden Kältemittels auf das Frischwasser sowie das Heizwasser im Rohrraum 21 direkt und koaxial im oberen Teil 22 sowie im unteren Teil 23 des Innenraums 2 erfolgt.
In den 2 und 3 ist diese Wärmeübertragung in dem koaxial verlaufenden Bereich 20/21 noch einmal in vergrößertem Maßstab im doppelwandigen Rohr dargestellt und zwar die Wärmeübertragung von der inneren Kältemittelleitung 6 an den Leitungsstrom vom Frischwasser, bzw. Heizwasser, wobei der Doppelrohrübertrager 6.1 und der Doppelrohrübertrager 6.2 sich in Reihe als auch in paralleler Anordnung befinden können.
Die 3 lässt dabei außerdem ein wesentliches Merkmal der Erfindung erkennen: Im Ringraum 20 fließt das Frischwasser bzw. Heizwasser, im Rohrraum 21 des Ringrohres 6 kondensiert das Kältemittel entgegen der Strömungsrichtung – also im Gegenstrom.
Wirkungsweise
Zuerst soll die Frischwassererwärmung und die Heizung
– im Winterbetrieb beschrieben werden.
Das Frischwasser tritt über den Leitungsanschluss 3 in den mit flüssigem Medium 18 gefüllten Innenraum 2 ein. Die Frischwasserleitung 4 kann sowohl als Rohr oder Rippenrohrwendel ausgeführt sein.
Das flüssige Medium 18 weist eine Temperatur von 40°C bis 45°C auf und überträgt seine Energie direkt über die Frischwasserleitung 4 auf das Frischwasser. Dabei erwärmt sich das Frischwasser entsprechend seiner Fließgeschwindigkeit und gelangt in den Ringraum 20 im oberen Teil 22 des Innenraumes 2. Der im Gegenstrom überhitzte Kältemitteldampf in der Leitung 6 (etwa 90/100°C) erwärmt das durchfließende Frischwasser und zwar im direkten Wärmeübergang auf die jeweils gewünschte Frischwassertemperatur. Die Frischwassertemperatur liegt dann um durchschnittlich 10°C höher als die Temperatur des flüssigen Mediums 18. Durch den überhitzten Kältemitteldampf von 90/100°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.
Die Kältemittelleitung 6 geht bei der dargestellten Reihenschaltung vom Doppelrohrübertrager 6.1 direkt über auf Doppelrohrübertrager 6.2.
Die Ausschlüsse 12 und 13, sowie 12.1 und 13.1 ermöglichen den Anschluss externer Wärmeerzeuger, wodurch eine direkte Energieübertragung des Mediums 18 auf die Wärmeübertrager 6.1 und 6.2, sowie auf die Frischwasserleitung 4 stattfindet.
– im Sommerbetrieb beschrieben werden.
Im Sommerbetrieb übernimmt die Erwärmung des flüssigen Mediums 18 vorzugsweise die Solaranlage über die Anschlüsse 12 und 13, sowie 12.1 und 13.1 und zwar im direkten Austausch auf die Wärmeübertrager 6.1 und 6.2.. Eine direkte Energieübertragung erfolgt von dem flüssigen Medium 18 auf die Frischwasserleitung 4, sowie auf das Frischwasser und Heizwasser im Ringraum 20. Die Not- bzw. Ersatzversorgung wird über den Heizstab 16 zur Frischwasser- und Heizwassererwärmung im indirekten Wärmeübergang durchgeführt.
Als Vorteil der Erfindungsmäßigen Einrichtung sind zu nennen:

1. Durch die Verwendung zweier in Reihe hintereinander geschalteter koaxialer Wärmeübertrager zur Frischwasser- und Heizwassererwärmung, sowie einer direkten Übertragung durch Kältemittelkondensation im Kondensator 14 ist die Erwärmung von Frischwasser, Heizungswasser sowie die Erwärmung der Frischwasserleitung 4, über das Medium 18 sichergestellt.
2. Da die Vorhaltetemperatur von etwa 40°C sehr nieder liegt, ist die Einrichtung für den Einsatz von Wärmepumpen besonders geeignet. Eine hohe Arbeitszahl (COP-Wert) der Wärmepumpe, bedingt durch die turbulente Strömung im Wärmeübertrager 6.1 und 6.2, ist somit gewährleistet, damit können die Wärmeübertrageroberflächen deutlich kleiner ausgeführt werden als beim Stand der Technik.
3. Ganz wichtig ist es, dass es 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 – besonders der Wärmepumpe – enorm gesteigert wird.
4. Im direkten Austausch von Frischwasser zum überhitztem Kältemittel von 75°C bis 85°C wird das Legionellenproblem elegant gelöst

1: Wärmetauscher
2: Innenraum
3: Leitungsanschluss
4: Frischwasserleitung
5: Leitungsanschluss
6: Kältemittelleitung
6.1: Doppelrohrwärmeübertrager Frischwasser
6.2: Doppelrohrwärmeübertrager Heizwasser
7: Kältemitteleinlassanschluss
8: Kältemittelauslassanschluss
9: Einlassanschluss
10: Auslassanschluss
11: Leitung (Warmwasserheizung)
12: Einlassanschluss 1
12.1: Einlassanschluss 2
13: Auslassanschluss 1
13.1: Auslassanschluss 2
14: Kondensator
15: Widerstandsheizung
16: Heizstab
17: Isolierung
18: flüssiges Medium
19: Bereich
20: Ringraum
21: Rohrraum
22: oberer Teil
23: unterer Teil

Claims

Wärmetauscher als geschlossener Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen Teil (22) eines Innenraumes (2) des Wärmetauschers (1) eine direkte Wärmeübertragung durch kondensierten Kältemitteldampf im Doppelrohrwärmeübertrager (6.1) auf im Gegenstrom hindurchfließendes Frischwasser, sowie im unteren Teil (23) eine direkte Wärmeübertragung durch kondensierten Kältemitteldampf im Doppelrohrwärmeübertrager (6.2) im Gegenstrom hindurchfließendes Heizwasser stattfindet, dass eine direkte Wärmeübertragung auf das Frischwasser im Ringraum (20) im oberen Teil (22) im Doppelrohrwärmeübertrager (6.1) und eine direkte Wärmeübertragung auf das Heizwasser im Ringraum (20) im unteren Teil (23) im Doppelrohrwärmeübertrager (6.2) des Wärmetauschers (1) stattfindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wärmeübertragung im 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.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wärmeübertragung in dem unteren Teil (23) des Innenraumes (2) ein doppelwandiges Rohr verwendet ist, in welchem im Innenrohr Kältemitteldampf kondensiert und im Zwischenraum vom Innen- zum Außenrohr das zu erwärmende Heizwasser fließt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich 22 und 23 durch Kondensieren des Kältemittels eine indirekte Erwärmung des Mediums 18 stattfindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel und das Frischwasser im doppelwandigen Rohr zu einem optimalen Wärmeaustausch im Gegenstrom geführt sind (3)
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel und das Heizwasser im doppelwandigen Rohr zu einem optimalen Wärmeaustausch im Gegenstrom geführt sind.( 3)
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das überhitzte und kondensierende Kältemittel das im Rohrraum (21) in Gegenrichtung fließende Frischwasser im Ringraum (20) in direkter Weise auf eine jeweils gewünschte Wassertemperatur aufheizbar ist, die höher sein kann, als die vorherrschende Temperatur des flüssigen Mediums (18).
Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das kondensierende Kältemittel das im Rohrraum (21) in Gegenrichtung fließende Heizwasser im Ringraum (20) in direkter Weise auf eine jeweils gewünschte Heizwassertemperatur aufheizbar ist, die höher sein kann, als die vorherrschende Temperatur des flüssigen Mediums (18) .
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragung externer Wärmeerzeuger auf das Frischwasser in dem oberen Teil (22) des Wärmetauschers (1) auf direkte Weise erfolgt und dass das dort durchfließende Frischwasser im Ringraum (20) des Doppelrohrwärmeübertrager (6.1) allein unter Einwirkung des externen Wärmeerzeugers auf eine höhere Temperatur anhebbar ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragung externer Wärmeerzeuger auf das Heizwasser im Ringraum (20) des Doppelrohrwärmeübertrager (6.2) in dem unteren Teil (23) des Wärmetauschers (1) auf direkte Weise erfolgt und dass das dort durchfließende Heizwasser allein unter Einwirkung des externen Wärmeerzeugers auf eine höhere Temperatur anhebbar ist.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass eine direkte Wärmeübertragung vom Kondensator (14) auf das Medium (18), sowie eine indirekte Wärmeübertragung auf das Frischwasser im Wärmeübertrager (6.1) eine indirekte Wärmeübertragung auf das Heizwasser im Wärmeübertrager (6.2) über den Ringraum (20) und eine indirekte Wärmeübertragung auf die Frischwasserleitung (4) stattfindet.