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Warmwasserbereiter zur Rückgewinnung der Abwärme einer
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Kühlanlage Die Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter zur Rückgewinnung
der Abwärme einer Kühlanlage, mit einem Kessel, dem Kaltwasser zugeführt und Warmwasser
entnommen wird, und mit wenigstens zwei in einer Schleife durch den Kessel geführten
Rohren, deren Eintritts- und Austrittsenden einen eine öffnung der Kesselwand verschließenden
Flansch durchsetzen, und durch die das komprimierte Kältemittel der Kühlanlage geleitet
wird.
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Bei Kühlanlagen, insbesondere Kühlgeräten, wie sie beispielsweise
zur Lagerung in der Landwirtschaft, in Lebensmittelgeschäften, Supermärkten und
dgl. verwendet werden, wurde bisher die dem gekühlten Gut entzogenen Wärme über
einen Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben. In neuerer Zeit hat sich der
Gedanke durchgesetzt, diese Abwärme zu nutzen, indem sie einem
Warmwasserbereiter
zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird das von der Kühlanlage kommende komprimierte
Kältemittel in einer Rohrschlange durch das Wasser im Kessel des Warmwasserbereiters
geleitet, wobei ihm zur Kondensierung die Wärme entzogen wird, die wiederum das
Kesselwasser aufheizt.
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Es sind Warmwasserbereiter der eingangs genannten Gattung bekannt,
bei welchen die Rohre haarnadelförmig in dem Kessel verlaufen. Die für den Wärmeaustausch
zur Verfügung stehende Oberfläche pro Rohr ist dabei sehr gering. Zur Vergrößerung
der Oberfläche wurde vorgeschlagen, die Rohre mit Kühlrippen zu versehen. Dadurch
wir jedoch der Aufwand erheblich erhöht.
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Weiter ist ein Warmwasserbereiter der eingangs genannten Gattung
bekannt, bei welchem die Rohre als Wendel mit senkrecht zu dem Flansch und damit
horizontal verlaufenderAchse in den Kessel hineinführen und koaxial im Inneren der
Wendel wieder herausgeführt werden. Dabei kann der Flansch nur ein Rohr aufnehmen.
Sind mehrere Kühlkreise vorhanden, so muß für jeden Kühlkreis ein gesonderter Flansch
mit zugehörigem Rohr vorgesehen sein. Dies erhöht den Aufwand und insbesondere können
aus Platzgründen nur wenige Rohr eingesetzt werden, so daß nur wenige Kühlkreise
angeschlossen werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserbereiter
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei einfachem Aufbau eine große
Wärmetauschfläche der Rohre aufweist, an den mehrere Kühlkreise angeschlossen werden
können und der eine hohe Variabilität in den Anschlußmöglichkeiten aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohre als
koaxiale Wendeln ausgebildet sind, die mit unterschiedlichem Durchmesser ineinander
und achsparallel zur vertikalen Achse des Kessels angeordnet sind, daß die Eintritts-
und Austrittsenden aller Rohre einen gemeinsamen Flansch durchsetzen und daß Anschlußverteiler
auf der Außenseite des Flansches vorgesehen sind, die jeweils ein oder mehrere Eintrittsenden
bzw. Austrittsenden zusammenfassen.
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Durch die wendelförmige Führung der Rohre im Kesselinneren wird eine
große Wärmetauschoberfläche erhalten, ohne daß die in Bezug auf die Druckfestigkeit
leicht beherrschbare und herstellungsmäßig einfache Form des Rohres verlassen wird.
Die Ineinanderschachtelung der Wendeln der Rohre ermöglicht die Anordnung mehrerer
Rohre in dem Kessel, ohne daß sich diese Rohre platzmäßig gegenseitig behindern.
Die Wendeln können daher den gesamten Durchmesser des Kessels einnehmen, wodurch
die für den Wärmetausch zur Verfügung stehende Rohrlänge bzw. Rohroberfläche besonders
groß wird. Der Wärmeübergang von den Rohren auf das Kesselwasser wird weiter dadurch
begünstigt, daß die Wendeln mit vertikaler Achse angeordnet sind, so daß das dem
Kessel zugeführte Kaltwasser unter Erwärmung an allen Oberflächen der Rohre vorbei
nach oben strömen kann. Aufgrund der Ineinanderschachtelung können alle Wendeln
auf gleicher Höhe unten im Kessel angeordnet werden, wo das Kesselwasser die tiefste
Temperatur aufweist, so daß sich ein optimaler Wärmeübergang ergibt.
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Ein wesentlicher Vorteil der Ineinanderschachtelung besteht schließlich
darin, daß es auf diese Weise möglich wird, die Rohre sämtlicher Wendeln in einen
einzigen gemeinsamen Flansch einzusetzen. Dadurch wird der Aufwand in Konstruktion
und Herstellung und insbesondere auch in der Montage stark verringert. Besonders
wird dadurch aber auch die Möglichkeit geschaffen, den Anschluß der einzelnen Rohre
in einfacher Weise variabel zu gestalten.
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Die Eintrittsenden und Austrittsenden sämtlicher Rohre liegen in diesem
Flansch dicht beieinander. Sie können daher durch einfach aufgebaute Anschlußverteiler
in vielfältiger Weise dem jeweiligen Bedarf entsprechend zusammengefaßt werden.
Es können beispielsweise die Eintrittsenden mehrerer Rohre tund dementsprechend
die Austrittsenden dieser Rohre zusammengefaßt und an einen Kühlkreis angeschlossen
werden. Durch diese Parallelschaltung mehrerer Rohre wird die für den Wärmeaustausch
zur Verfügung stehende Oberfläche im Kesselinneren vervielfacht, wobei gleichzeitig
der Durchtrittsquerschnitt vervielfacht wird, so daß der Durchsatz an Kältemittel
vergrößert werden kann. Ebenso ist es auch möglich, das Austrittsende eines Rohres
durch einen Anschlußverteiler mit dem Eintrittsende eines anderen Rohres zusammenzufassen,
so daß zwei oder mehrere Rohre hintereinandergeschaltet an einen Kühlkreis angeschlossen
werden können. Auf diese Weise wird ebenfalls die für den Wärmeaustausch zur Verfügung
stehende Oberfläche vervielfacht, um den Wärmeübergang zu verbessern, der Querschnitt
und damit der Kal-temitteldurchsatzbleibt jedoch unverändert.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Anschlußverteiler
von einer den Flansch überdeckenden Haube gebildet, deren Innenraum durch Trennwände
in einzelne Kammern unterteilt ist, in die jeweils die gewünschte Anzahl von Eintrittsenden
bzw. Austrittsenden sowie ggf. ein nach außen führender Anschlußstutzen münden.
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Münden zwei oder mehr Eintrittsenden in eine dieser Kammern der Haube,
so werden die zugehörigen Rohre parallel geschaltet. Die Austrittsenden dieser Rohre
münden dann selbstverständlich ebenfalls in eine gemeinsame Kammer. Die Kammern
weisen in diesem Fall Anschlußstutzen auf, um das Kaltemittel zu- bzw. abzuführen.
Mündet das Austrittsende eines Rohres und das Eintritts ende eines anderen Rohres
in einer gemeinsamen Kammer, so werden die beiden Rohre hintereinandergeschaltet.
Eine solche Kammer weist keinen nach außen führenden Anschlußstutzen auf. Selbstverständlich
ist es auch möglich, Gruppen von parallel geschalteten Rohren hintereinanderzuschalten.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist durch die Ausgestaltung
der Trennwände in der Haube die Art des Anschlusses sämtlicher Rohre festgelegt.
Diese Ausführungsform eignet sich daher vorwiegend für solche Fälle, bei denen eine
Änderung der einmal vo-l^genommenen Installation nicht beabsichtigt oder zu erwarten
ist, oder für die serienmäßige Fertigung großer Zahlen gleichartiger Anlagen. In
allen diesen Fällen besteht der Vorteil darin, daß die Anschlußverteilung bereits
werksseitig komplett vorgenommen werden kann, so daß die Montage des Warmwasserbereiters
erleichtert wird.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung überragen die Eintrittsenden
und Austrittsenden den Flansch nach außen und die Anschlußverteiler sind einzelne
Blöcke, die eine Sackbohrung und eine der Anzahl der zu verbindenden Eintrittsenden
bzw. Austrittsenden entsprechende Anzahl von in die Sackbohrung mündenden Stichbohrungen
aufweisen und mit diesen Stichbohrungen auf die Eintrittsenden bzw. Austrittsenden
aufsteckbar sind.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß ein einziges serienmäßiges
Modell des Warmwasserbereiters für viele verschiedene Anschlußmöglichkeiten verwendet
werden kann. Die individuelle Anpassung an die jeweilige Kühlanlage erfolgt durch
Auswahl der Anschlußverteiler, die nur in der gewünschten Zusammenstellung auf die
Eintritts- und Austrittsenden aufgesteckt und mit diesen verlötet werden müssen.
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Diese einfache Anbringung der Anschlußverteiler kann bei der Installation
der Kühlanlage durchgeführt werden. Es ist daher nur notwendig, ein einziges Modell
des Warmwaserbereiters und eine entsprechende Auswahl verschiedener Anschlußverteiler
auf Lager zu halten.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 : schematisch eine Kühlanlage mit einem
Warmwasserbereiter gemäß der Erfindung, Pig. 2 : den Warmwasserbereiter gemäß der
Erfindung im vertikalen Axialschnitt, Fig. 3 : die Rohre des Warmwasserbereiters
in Draufsicht von oben mit schematisch dargestellten Anschlußverteilern und Fig.
4 : einen Anschlußverteiler gemäß Fig. 3 im Axialschnitt.
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In Fig. 1 ist schematisch eine Kühlanlage mit zwei Kühlkreisen dargestellt.
Jeder Kühlkreis weist ein Kühlgerät, z. B.
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zur Aufnahme von Lebensmitteln, mit einem Verdampfer auf.
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Das Kühlgerät mit dem Verdampfer ist insgesamt mit 10 bezeichnet.
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Das in dem Verdampfer 10 verdampfte Kälteraittel Z z. B. Frigen wird
über Rohrleitungen 12 einem Kompressor 14 mit Motor 16 zugeführt und von diesem
komprimiert. Das komprimierte Kältemittel wird über Leitungen 18 einem später näher
beschriebenen Warmwasserbereiter 20 zugeführt.
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In dem Warmwasserbereiter 20 gibt das Kältemittel seine Wärme an das
über einen Zulauf 22 mit hier nicht im einzelnen bezeichneten Schaltelementen zugeführte
Kaltwasser ab und erwärmt dieses, wobei das KältnittA . selbst kondensiert.
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Das erwärmte Wasser kann über eine Entnahmeleitung 24 entnommen oder
ggf. über eine Rücklauf leitung 26 wieder dem Zulauf zugeführt werden.
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Das aus dem Warmwasserbereiter 20 austretende kondensierte Kältemittel
wird über eine Leitung 28 einem Wärmetauscher 30 zugeführt. Der Wärmetauscher 30
entzieht dem Kältemittel Wärme und gibt diese an die Umgebungsluft ab. Der Wärmetauscher
30 hat die Aufgabe, eine vollständig Kondensation des Kältemittels in den Fälle
herbeizuführen, in denen dem Kältemittel in dem Warmwasserbereiter nicht ausreichend
Wärme entzogen wird, z. B. weil das Wasser im Warmwasserbereiter bei geringer Entnahme
bereits eine zu hohe Temperatur angenommen hat.
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Das vollständig kondensierte Kältemittel gelangt schließlich über
ein Drosselventil 32 wieder zu dem Verdampfer 10.
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Da beide Kühlkreise völlig gleich aufgebaut sind, sind deren Teile
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 2 ist der Warmwasserbereiter 20 im einzelnen dargestellt.
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Der Warmwasserbereiter 20 besteht aus einem zylindrischen vertikal
stehenden Kessel 34, dem unten das Kaltwasser über den Zulauf 22 und oben das erwärmte
Wasser über die Entnahmeleitung 24 entnommen wird.
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Im unteren Bereich des Kessels 34 ist in dessen Seitenwand eine öffnung
vorgesehen, in die ein mit Flansch versehener Stutzen 36 großer Weite eingesetzt
ist. Dieser Stutzen 36 ist durch einen Flansch 38 verschlossen. Vier Rohre 40, 42,
44 und 46 sind abgedichtet durch den Flansch 38 hindurchgeführt, sind im Inneren
des Kessels 34 in Form einer Wendel gewunden und wieder durch den Flansch 38 abgedichtet
herausgeführt.
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Die Wendeder Rohre 40, 42, 44, 46 sind mit vertikaler Achse von oben
nach unten verlaufend angeordnet. Die Wendel des Rohres 42 umschließt dabei die
des Rohres 40, die Wendel des Rohres 44 die des Rohres 42 und die Wendel des Rohres
46 die des Rohres 44. Die axiale Länge dieser Wendeln bzw. ihre Windungszahl ist
dabei so abgestimmt, daß alle Rohre 40, 42, 44, 46 die gleiche Länge aufweisen und
somit die gleiche Oberfläche für den Wärmeübergang zu dem
Wasser
des Kessels 34 aufweisen.
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Wie Fig. 3 zeigt, weisen die Wendeln der Rohre 40, 42, 44, 46 einen
abgeflachten Querschnitt auf, wobei der kleine Durchmesser der äußersten Wendel
des Rohres 46 so gewählt ist, daß ein Einführen der ineinandergeschachtelten Wendeln
durch den Stutzen 36 möglich ist. Der große Durchmesser dieser äußersten Wendel
des Rohres 46 ist so gewählt, daß diese den Durchmesser des Kessels 34 beinahe vollständig
ausfüllt, wie Fig. 2 zeigt. Dadurch ist bei einfacher Montage eine maximale Wärmetauscheroberfläche
der Rohre 40, 42, 44, 46 erreicht.
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Die in der Darstellung der Fig. 2 im oberen rückwärtigen Quadranten
des Flansches 38 diesen durchsetzenden Eintrittsenden 48, 50, 52, 54 und die den
Flansch 38 im unteren vorderen Quadranten durchsetzenden Austrittsenden 56, 58,'60,
62 der Rohre 40, 42, 44 bzw. 46 ragen jeweils über diesen Flansch 38 hinaus Auf
diese über den Flansch 38 hinausragenden Eintritts- bzw. Austrittsenden sind Anschlußverteiler
64 aufgesetzt, die in Fig. 3 schematisch eingezeichnet sind. Diese Anschlußverteiler
64 dienen in der folgenden Weise zum Anschluß der Leitungen 18 bzw. 28 an die Rohre
40, 42, 44, 46 des Warmwasserbereiters.
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Wird der Warmwasserbereiter an nur einen Kühlkreis angeschlossen,
so werden Anschlußverteiler 64 der Form verwendet, wie sie in Fig. 1 oben mit "1
Kreis " bezeichnet sind. Einer dieser Anschlußverteiler 64 faßt die Eintrittsenden
48, 50, 52, 54 zusammen und verbindet sie mit der in diesem Falle einzigen Leitung
18 zur Zuführung des komprimierten Kältemittels. Ein entsprechender Anschlußverteiler
64 faßt die
Austrittsenden 56, 58, 60, 62 zusammen und verbindet
sie mit der in diesem Falle ebenfalls einzigen Leitung 28, die das Kältemittel zu
dem Wärmetauscher 30 führt. Alle vier Rohre 40, 42, 44, 46 sind auf diese Weise
parallel geschaltet.
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In Fig. 4 ist ein solcher Anschlußverteiler im Axialschnitt gezeigt.
Der Anschlußverteiler ist ein langgestreckter Block aus Metall mit quadratischem
Querschnitt. In seiner Längsachse ist eine Sackbohrung 66 vorgesehen. In einer Seitenfläche
des Blockes sind vier Stichbohrung 68 vorgesehen, die in die Sackbohrung 66 münden
und im Querschnitt und im gegenseitigen Abstand mit den Eintrittsenden 48, 50, 52,
54 bzw. den Austrittsenden 56, 58, 60, 62 übereinstimmen.
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Der Block 64 wird auf die Eintrittsenden bzw. Austrittsenden aufgesteckt,
so daß diese in die Stichbohrungen 68 hineinragen. Dann wird der metallische Block
64 mit diesen Eintritts-bzw. Austrittsenden verlötet. An die Sackbohrung 66 wird
in gleicher Weise die Leitung 18 bzw. die Leitung 28 angeschlossen.
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Sollen an den Warmwasserbereiter 20 zwei Kühlkreise angeschlossen
werden, so werden vier Anschlußverteiler 64 verwendet, wie dies in der Fig. 3 mit
II 2 Kreise" schematisch gezeigt ist.
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Die Anschlußverteiler 64 fassen in diesem Falle jeweils zwei Eintrittsenden
48 und 50 bzw. 50 und 54 und zwei Austrittsenden 56 und 58 bzw. 60 und 62 zusammen
und verbinden diese jeweils mit einer Leitung 18 bzw. 28. Dies ist der in Fig. 1
schematisch dargestellt Fall.
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Sollen drei Kühlkreise an den Warmwasserbereiter angeschlossen werden,
so werden Anschlußverteiler 64 verwendet, wie sie in Fig. 3 mit " 3 Kreise" schematisch
dargestellt sind.
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Zwei Anschlußverteiler 64 verbinden dabei jeweils nur ein Eintrittsende
48 bzw. 50 mit einer Zuführungsleitung 18, während der dritte Anschlußverteiler
64 zwei Eintrittsenden 52 und 54 zusammenfaßt und mit einer Zuführungsleitung 18
verbindet. In entsprechender Weise sind auch die Austrittsenden 56 und 58 jeweils
über einen einzelnen Anschlußverteiler 64 mit einer zeitung 28 verbunden, während
die Austrittsenden 6e und 62 durch einen Anschlußverteiler 64 zusammen gefaßt und
mit einer Leitung 28 verbunden sind.
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Bei Anschluß von vier Kühlkreisen an den Warmwasserbereiter wird jedes
Eintrittsende 48, 50, 52 und 54 und ebenso jedes Austrittsende 56, 58, 60, 62 mittels
eines eigenen Anschlußverteilers 64 mit einer eigenen Leitung 18 bzw. 28 verbunden,
wie dies in Fig. 3 schematisch mit " 4 Kreise" gezeigt ist.
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Die Anschlußverteiler 64, die ein, zwei oder drei Eintritts-oder Austrittsenden
zusammenfassen, sind im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut wie der in Fig.
4 gezeigte Anschlußverteiler 64. Sie unterscheiden sich von diesem nur durch die
axiale Länge und die Anzahl der Sichbohrungen 68.
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Fig. 3 zeigt die großen Variationsmöglichkeiten beim Anschluß des
Warmwasserbereiters mittels der Anschlußverteiler 64. Selbstverständlich sind auch
weitere Variationen möglich, um den Anschluß des Warmwasserbereiters dem individuellen
Bedarf optimal anzupassen. Beispielsweise können beim Anschluß von zwei Kühlkreisen
auch drei Rohre parallel geschaltet und an einen Kühlkreis angeschlossen werden,
während der zweite Kühlkreis nur an ein Rohr angeschlossen ist.
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Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, wenn die zwei Kühlkreise
stark unterschiedliche Kühlleistung aufweisen.
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Ebenso ist es möglich, durch entsprechend gestaltete Anschlußverteiler
einzelne der Rohre 40, 42, 44, 46 hintereinanderzuschalten. Um beispielsweise die
Rohre 40 und 42 hintereinanderzuschalten muß nur das Austrittsende 56 des Rohres
40 mittels eines Anschlußverteilers mit dem Eintrittsende 50 des Rohres 52 verbunden
werden. Ein solcher Anschlußverteiler kann nach dem Prinzip des in Fig. 4 dargestellten
Anschlußverteilers 64 aufgebaut sein, wobei jedoch die Sackbohrung 66 nachträglich
auch an ihrem offenen Ende verschlossen werden muß und nur zwei Stich bohrungen
68 im Abstand von Austrittsende 56 und Eintrittsende 50 vorgesehen sein müssen.