DE202004017724U1

DE202004017724U1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE202004017724U1
Application number: DE200420017724
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2014-11-17

Abstract

Wärmeübertrager (1) als geschlossener Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenboiler-Zwischenraum (19.1) des Wärmeübertragers (1) eine direkte Wärmeübertragung durch ein Medium, vorzugsweise kondensierender Kältemitteldampf im Rohrraum (25) der Doppelrohrwendel (17) auf hindurchfließendes Medium, vorzugsweise Frischwasser im Ringraum (23) der Doppelrohrwendel (17) stattfindet, sowie eine Erwärmung des Wärmeträger-Mediums (27) im Innenboiler-Innenraum (18.1) des Innenboilers (18) durch ein Medium, vorzugsweise kondensierender Kältemitteldampf im Rohrraum der Rohrwendel (16) stattfindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiger Wärmeübertrager ist bekannt.
Solche bekannten Wärmeübertrager 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 in Kauf genommen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeichneten Nachteile zu vermeiden und einen Wärmeübertrager zu schaffen, der eine kompakte Bauform ausweist, aus einem Außen- und Innenboiler mit verschiedenen Wärmeübertragungsflächen und unterschiedlichem Wärmeübertragermedium besteht. Für gewöhnlich auf 35°C aufgeheizt wird und einen universellen Einsatz bei höchster Wirtschaftlichkeit ermöglicht.
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 Wärmeübertrager im Schnitt durch seine Wandung
2 einen Wärmeübertrager im Schnitt in Darstellung des Innenboilers
3 einen Querschnitt durch ein doppelwandiges Rohr in der Schnittebene A–A von 2 und
4 einen Längsschnitt durch die Doppelrohrwendel nach 3
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Wärmeübertrager 1 auch „Boiler" genannt ist geschlossen und als Druckbehälter ausgeführt. Er besteht aus einem Außenboiler 19 und einem Innenboiler 18 mit unterschiedlichem Wärmeträger-Medium 26 und 27, wobei der Zwischenraum zum Außenboiler 19 mit einer Solelösung 26 (Frostschutzmittel) in einfachster Weise, lediglich mit Wasser – der Innenboiler 18 hingegen mit gewöhnlichem Heizungswasser 27 – gefüllt ist.
Über den Anschluss 9 tritt gewöhnlich Kältemitteldampf ein, wird über die Doppelrohrwendel 17 im Rohrraum 25 zur Rohrwendel 16 (Kondensatrohr) im Innenboiler 18 geführt und verlässt über den Anschluss 13, nach vollzogenem Phasenwechsel den Wärmeübertrager 1 in flüssiger Form.
Das Frischwasser tritt am Anschluss 11 ein, gelangt über die Außenrohrwendel 15 zur Innenrohrwendel 15.1 in die Doppelrohrwendel 17 und gelangt über den Ringraum 23 zum Frischwasseraustritt 8.
Die Gasblase 21 im Außenboiler 19 sowie die Gasblase 20 im Innenboiler 18 dient der Kompensation durch die temperaturbedingte Volumenänderung des Wärmeträger-Mediums 26 und 27 und wird in seiner jeweiligen Wirkung durch die veränderbare Einbautiefe der Entlüftungsstutzen 4 und 5 bestimmt.
Die Widerstandsheizung 14 dient der Erwärmung des Wärmeträger-Mediums 26 und 27 im Notbetrieb.
In den 3 und 4 ist die Wärmeübertragung in den koaxial verlaufenden Bereichen 23 und 25 noch einmal im vergrößerten Maßstab in der Doppelrohrwendel 17 dargestellt und zwar die Wärmeübertragung von Rohrraum 25 an den Leitungsstrom im Ringraum 23 vom Frischwasser.
3 und 4 lässt dabei außerdem ein wesentliches Merkmal der Erfindung erkennen.
Das im Rohrraum 25 fließende Wärmeträgermedium überträgt im Gegenstrom seine Wärmeenergie auf das im Ringraum 23 fließende Wärmeträgermedium. Sowie in umgekehrter Weise eine Wärmeübertragung des Wärmeträgermediums im Ringraum 23 auf das Wärmeträgermedium im Rohrraum 25 möglich ist.
Wirkungsweise
Energieeintrag im Winterbetrieb:
Das Frischwasser tritt über den Leitungsanschluss 11 in die Rohrwendel 15 und 15.1 in den Außenboiler-Zwischenraum 19.1 ein.
Die Rohrwendel 15 und 15.1 dient der Speicherladung und Vorerwärmung durch das Wärmeträger-Medium 26, das sich gewöhnlich auf einem Temperatur-Niveau von 35°C bis 40°C befindet.
Das so vorerwärmte Frischwasser tritt in den Ringraum 23 der Doppelrohrwendel 17 ein und erwärmt sich weiter auf ein Temperatur Niveau von 45°C, durch das im Gegenstrom – im Rohrraum 25 der Doppelrohrwendel 17 strömende Medium, vornehmlich überhitzter Kältemitteldampf.
Der Kältemitteldampf gelangt weiter in die Rohrwendel 16 des Innenboilers 18, kondensiert weiter und gelangt flüssig – unter Wänneabgabe an das Wärmeträger-Medium 27 – zum Auslassanschluss 13.
Über die Anschlüsse 2 und 3 sowie 6 und 7 erfolgt die Energieentnahme über das Wärmeträger-Medium 27 zur Raumheizung, wobei durch die hydraulische Trennung der Anschlüsse 2 und 3 sowie 6 und 7, der Heizbetrieb mittels Schwerkraft ohne Vorhandensein einer Pumpe ermöglicht wird.
Die Not- bzw. Ersatzversorgung wird über die Widerstandsheizung 14 sowie über die Anschlüsse 10.1 und 12.1 durch den Betrieb eines konventionellen Wärmeerzeugers ermöglicht und auf Frischwasser und Heizwasser übertragen.
Da die Vorhaltetemperatur von 35°C der Wärmeträger-Medien 26 und 27 sehr nieder liegt, ist die Einrichtung für den Einsatz von Wännepumpen besonders geeignet und garantiert somit eine hohe Arbeitszahl (COP-Wert) der Wärmepumpe.
Energieeintrag im Sommerbetrieb:
Im Sommerbetrieb erfolgt die Erwärmung des Wärmeträger-Mediums 26 über die Anschlüsse 10 und 12 durch Eintrag thermischer Solarenergie auf direktem Weg zur Frischwassererwärmung in der Rohrwendel 15 und 15.1 sowie über die Doppelrohrwendel 17 auf den Ringraum 23 und die Erwärmung des Wärmeträger-Mediums 27 des Innenboiler-Innenraums 18.1 im Innenboiler 18 indirekt.
Als Vorteil der Erfindungsmäßigen Einrichtung sind zu nennen:

1. Besonders herausragend ist die temporäre Anwendung durch eine deutlich höhere Temperatur bei Frischwasserentnahme, über dem Niveau des Wärmeträger-Mediums 26, durch die Erwärmung im Ringraum 23 der Doppelrohrwendel 17 durch das im Gegenstrom fließende Wärmeträgermedium im Rohrraum 25.
2. Im direkten Austausch auf das Frischwasser der Doppelrohrwendel 17 durch überhitzten Kältemitteldampf von 80°C bis 90°C wird die Eliminierung vorhandener Legionellen elegant gelöst.
3. Die Kompensation der Volumenänderung im Außenboiler 19 durch Veränderung des Temperaturniveaus des Wärmeträger-Mediums 26, sowie der Volumenänderung des Wärmeträger-Mediums 27 im Innenboiler 18, wird über die sich ausbildende Gasblase 20 und 21 erreicht, wobei das Kompensationsvolumen durch eine vertikale Veränderung der Entlüftungsstutzen 4 und 5 veränderbar ist.

1: Wärmeübertrager
2: Einlassanschluss
3: Auslassanschluss
4: Entlüftungsstutzen Außenboiler
5: Entlüftungsstutzen Innenboiler
6: Auslassanschluss
7: Einlassanschluss
8: Frischwasseraustritt
9: Einlassanschluss
10: Einlassanschluss
10.1: Einlassanschluss
11: Frischwassereintritt
12: Auslassanschluss
12.1: Auslassanschluss
13: Auslassanschluss
14: Widerstandsheizung
15: Rohrwendel außen
15.1: Rohrwendel innen
16: Rohrwendel
17: Doppelrohrwendel
18: Innenboiler
18.1: Innenboiler-Innenraum
19: Außenboiler
19.1: Außenboiler-Zwischenraum
20: Gasblase Innenboiler
21: Gasblase Außenboiler
22: Außenrohr
23: Ringraum
24: Innenrohr
25: Rohrraum
26: Wärmeträger-Medium
27: Wärmeträger-Medium
28: Isolierung

Claims

Wärmeübertrager (1) als geschlossener Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenboiler-Zwischenraum (19.1) des Wärmeübertragers (1) eine direkte Wärmeübertragung durch ein Medium, vorzugsweise kondensierender Kältemitteldampf im Rohrraum (25) der Doppelrohrwendel (17) auf hindurchfließendes Medium, vorzugsweise Frischwasser im Ringraum (23) der Doppelrohrwendel (17) stattfindet, sowie eine Erwärmung des Wärmeträger-Mediums (27) im Innenboiler-Innenraum (18.1) des Innenboilers (18) durch ein Medium, vorzugsweise kondensierender Kältemitteldampf im Rohrraum der Rohrwendel (16) stattfindet.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wärmeübertragung auf das Wärmeträger-Medium (26) eine Doppelrohrwendel (17) verwendet wird, in welcher im Innenrohr-Rohrraum (25) genannt, Kältemitteldampf kondensiert und im Zwischenraum vom Innen- zum Außenrohr-Ringraum (23) genannt, das zu erwärmende Frischwasser fließt.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenboiler-Zwischenraum (19.1) durch Kondensieren des Kältemittels in der Doppelrohrwendel (17) eine indirekte Erwärmung des Wärmeträger-Mediums (26) stattfindet.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenboiler-Innenraum (18.1) eine direkte Erwärmung des Wärmeträger-Mediums (27) durch kondensierendes Kältemittel in der Rohrwendel (16) stattfindet.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das überhitzte und kondensierende Kältemittel in der Doppelrohrwendel (17) das im Rohrraum (25) in Gegenrichtung fließende Frischwasser im Ringraum (23) in direkter Weise auf eine jeweils gewünschte Wassertemperatur aufheizbar ist, die höher sein kann, als die vorherrschende Temperatur des Wärmeträger-Mediums (26).
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energieeintrag externer Wärmeerzeuger über die Anschlüsse (10 und 12), sowie (10.1 und 12.1) auf direkte Weise auf die Doppelrohrwendel (17) über das Wärmeträger-Medium (26) auf das im Ringraum (23) befindliche Frischwasser stattfindet.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energieeintrag externer Wärmeerzeuger über die Anschlüsse (10 und 12), sowie (10.1 und 12.1) auf indirekte Weise auf den Innenboiler (18) auf das Wärmeträger-Medium (27) stattfindet.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des Wärmeträger-Mediums (27) aus dem Innenboiler (18) sowohl über Pumpenbetrieb, als auch über Schwerkraftbetrieb ohne Pumpe, zur Versorgung einer Schwerkraftheizungsanlage möglich ist.
Wärmeübertrager (1) nach Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die je nach Temperaturveränderung eintretende Volumenänderung des Wärmeträger-Mediums (26 und 27) durch eine sich im oberen Teil des Außenboilers (19) sowie des Innenboilers (18) veränderbare Einbautiefe der Entlüftungsstutzen (4 und 5) ein veränderbares Kompensationsvolumen durch Veränderung der Gasblase (20 und 21) ergibt.