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Die
Neuerung betrifft einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung
von einem komprimierten Heißgas auf eine konvektiv bewegte
Flüssigkeit eines Heizungssystems gemäß dem
Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Heizungssysteme,
die mit Wärmepumpen betrieben werden, benötigen
einen Wärmetauscher, der die Wärme des komprimierten
Heißgases der Wärmepumpe auf die Flüssigkeit
des Heizungssystems überträgt. Hierzu werden hauptsächlich
Plattenwärmetauscher eingesetzt, die sich durch eine große Wärmeübertragungsfläche
auszeichnen. Ein derartiger Plattenwärmetauscher ist beispielsweise
aus der
AT 505 300 B1 bekannt.
Dieser Wärmetauscher bildet den Ausgangspunkt der vorliegenden
Neuerung.
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Der
Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher
der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich durch eine effektive Übertragung
der Wärme des komprimierten Heißgases auf die
konvektiv umgewälzte Flüssigkeit des Heizungssystems
auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird neuerungsgemäß mit den Merkmalen
des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Bislang
wurde darauf geachtet, eine möglichst effiziente Wärmeübertragung
vom Heißgas in die Flüssigkeit des Heizungsystems
sicherzustellen, was insbesondere durch Plattenwärmetauscher
mit großer Kontaktfläche optimal gelingt. Es hat
sich jedoch herausgestellt, daß insbesondere bei konvektionsgebundenen
Heizungssystemen die strömungsmechanischen Eigenschaften
des Wärmetauschers zunehmend an Bedeutung gewinnen. In
derartigen Applikationen hat ein Plattenwärmetauscher durch die
Vielzahl von Trennwänden den Nachteil, daß er die
Konvektionsströmung behindert und folglich eine verringerte
Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit des Heizungssystems
erzeugt. Damit ist auch der maximal mögliche Wärmeübergang
auf die Flüssigkeit des Heizungssystems beschränkt.
Zur Lösung dieses Problems wird ein Wärmetauscher
vorgesehen, der koaxiale, rohrförmige Wände aufweist.
Zwischen den rohrförmigen Wänden ist dabei das
komprimierte Heißgas vorgesehen, welches diesen Zwischenraum problemlos
durchströmen kann. Außerhalb der äußeren
und innerhalb der inneren rohrförmigen Wand ist dabei die
Flüssigkeit des Heizungssystems vorgesehen. Diese Flüssigkeit
kann sich problemlos bewegen, da stets ein ausreichender Querschnitt
für die Konvektionsströmung zur Verfügung
steht. Dabei ist es allerdings wichtig, daß die rohrförmigen
Wände wenigstens im Teilbereich mit einer Vertikalen einen Winkel
einschließen, der kleiner als 90° ist. Vorzugsweise
ist dieser Winkel kleiner als 80°, um auf diese Weise eine
Konvektionsströmung antreiben zu können. Durch
die verbesserte Konvektionsströmung kann dieser Wärmetauscher
trotz verringerter Tauscherfläche mehr Wärme vom
komprimierten Heißgas auf die Flüssigkeit des
Heizungssystems übertragen als dies ein Plattenwärmetauscher
vermag. Zusätzlich wird die Konvektionsströmung
innerhalb der inneren rohrförmigen Wand durch eine Art
Kamineffekt angetrieben, so daß sich eine sehr effiziente Wärmeübertragung
einstellt. Der einfache Aufbau des Wärmetauschers macht
diesen auch gegen Verkalkung und Verschlammung unempfindlich, was dessen
Standzeit verbessert.
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Dieser
Wärmetauscher kann gemäß Anspruch 2 vorteilhaft
für die Übertragung von Wärme in Wasser
eingesetzt werden. Dabei ist insbesondere an Heizungswasser bzw.
Brauchwasser gedacht.
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Das
komprimierte Heißgas ist gemäß Anspruch
3 vorzugsweise ein verdampftes Wärmetransportmedium eines
Klimagerätes. Damit kann die Abwärme des Klimagerätes
vorteilhaft zum Heizen der Flüssigkeit des Heizungssystems
benutzt werden.
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Zur
Erzielung einer einfachen Ausbildung des Wärmetauschers
ist es gemäß Anspruch 4 vorteilhaft, wenn die
rohrförmigen Wände – in Strömungsrichtung
der Flüssigkeit betrachtet – wenigstens im Teilbereich
gerade verlaufen. Dies vereinfacht die Herstellung des Wärmetauschers
er heblich, so daß dieser besonders kostengünstig
gefertigt werden kann.
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Alternativ
oder zusätzlich ist es gemäß Anspruch
5 vorteilhaft, wenn die rohrförmigen Wände – in
Strömungsrichtung der Flüssigkeit betrachtet – wenigstens
im Teilbereich wendelförmig verlaufen. Damit kann bei gegebener
Bauhöhe des Wärmetauschers eine erheblich größere
Wärmetauscherlänge installiert werden. Der Wärmeeintrag
in die Flüssigkeit des Heizungssystems erfolgt in diesem
Fall gut geschichtet, so daß die zur Verfügung
stehende Wärme des Heißgases optimal genutzt werden
kann.
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Alternativ
oder zusätzlich ist gemäß Anspruch 6
daran gedacht, mehrere koaxiale Wände nebeneinander anzuordnen
und deren Zwischenräume beidendig durch Verteiler zu verbinden.
Auf diese Weise kann die Wärmetauscherfläche erhöht
werden, wobei der bauliche Aufwand trotzdem in vertretbaren Grenzen
bleibt.
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Schließlich
ist es gemäß Anspruch 7 günstig, wenn
mindestens eine der Wände zur mechanischen Versteifung
Sicken aufweist. Vorzugsweise weist die innere Wand Sicken auf,
da diese außenseitig durch das komprimierte Heißgas
mit einem höheren Druck beaufschlagt ist als innenseitig
mit der Flüssigkeit des Heizungssystems. Bei diesen Druckverhältnissen
ist die rohrförmige Wand relativ instabil, was durch das
Vorsehen der Sicken leicht ausgeglichen werden kann.
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Der
Neuerungsgegenstand wird beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert,
ohne den Schutzumfang zu beschränken.
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Die
einzige Figur zeigt eine räumliche, geschnittene Darstellung
eines Wärmetauschers 1. Dabei ist nur ein unterer
Abschnitt des Wärmetauschers 1 zu sehen. Der abgeschnittene,
obere Abschnitt ist im wesentlichen spiegelsymmetrisch zum unteren Abschnitt
ausgebildet, wobei die Gesamtlänge des Wärmetauschers 1 grundsätzlich
beliebig ist.
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Der
Wärmetauscher 1 weist vier koaxiale Tauschereinheiten 2 auf.
Diese bestehen jeweils aus einer äußeren, rohrförmigen
Wand 3 und einer inneren rohrförmigen Wand 4.
Beide rohrförmigen Wände 3, 4 sind
im gezeigten Ausführungsbeispiel axial symmetrisch angeordnet.
Es ist jedoch auch daran gedacht, von dieser axial symmetrischen
Ausbildung im Einzelfall abzuweichen und die innere Wand 4 asymmetrisch
zur äußeren Wand 3 auszubilden.
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Zwischen
den beiden Wänden 3, 4 ist ein ringförmiger
Zwischenraum 5 vorgesehen, der von einem Heißgas 6 durchströmt
ist. Innerhalb der inneren Wand 4 und außerhalb
der äußeren Wand 3 befindet sich Flüssigkeit 7 eines
Heizungssystems, insbesondere Heizungswasser oder Brauchwasser.
Das Heißgas 6 kann seine Wärme sowohl über
die innere Wand 4 als auch über die äußere
Wand 3 an die Flüssigkeit 7 des Heizungssystems
abgeben. Die Strömungsverhältnisse sind dabei
für die Flüssigkeit 7 des Heizungssystems
optimiert, so daß sich ein effektiver Konvektions kreislauf
ausbildet. Dabei spielt es keine Rolle, ob dieser Wärmetauscher 1 unmittelbar
in einen Boiler eingebaut ist oder über Konvektionsleitungen
mit dem Boiler verbunden ist. Beide Ausführungsformen sind
in der Praxis einsetzbar.
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Um
zu verhindern, daß die innere Wand 4 des Wärmetauschers 1 unter
dem Druck des Heißgases 6 implodiert, weist diese
Sicken 8 auf. Diese verlaufen in Umfangsrichtung um die
innere rohrförmige Wand 4 herum und bilden geringe
Einbuchtungen bzw. Ausstülpungen der inneren rohrförmigen
Wand 4. Diese Sicken 8 erhöhen die Festigkeit
der inneren rohrförmigen Wand 4 und verhindern
auf diese Weise eine Implosion derselben. Die Sicken 8 sind
dabei voneinander beabstandet und – in Flußrichtung 9 betrachtet – über
die innere rohrförmige Wand 4 verteilt angeordnet.
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Die
einzelnen Tauschereinheiten 2 sind endseitig mit je einem
Verteiler 10 verbunden, der für die Verbindung
mit einer äußeren Wärmepumpe sorgt. Ein
entsprechender Verteiler 10 ist am oberseitigen Ende des
Wärmetauschers 1 vorgesehen. Dabei strömt
das Heißgas 6 über den nicht dargestellten, oberen
Verteiler 10 in die Zwischenräume 5 der
Tauschereinheiten 2 ein und gibt die Wärme an
das außenseitig und innenseitig umgebende Wasser ab. Dabei
kondensiert das Heißgas 6 und wird vom dargestellten,
unteren Verteiler 10 gesammelt und anschließend
zur Wärmepumpe zurückgeführt.
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- 1
- Wärmetauscher
- 2
- Tauschereinheit
- 3
- äußere
rohrförmige Wand
- 4
- innere
rohrförmige Wand
- 5
- Zwischenraum
- 6
- Heißgas
- 7
- Flüssigkeit
- 8
- Sicke
- 9
- Flußrichtung
- 10
- Verteiler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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