DE3013241A1 - Heat pump heat exchanger - has pipe containing filler material of good heat conductivity, leaving free passages - Google Patents
Heat pump heat exchanger - has pipe containing filler material of good heat conductivity, leaving free passagesInfo
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Abstract
Description
Wärmetauscher Heat exchanger
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Wärmepumpen, mit mindestens einem als Leitung für ein wçärmeab- oder -aufnehmendes Strömungsmittel dienenden Rohr.The invention relates to a heat exchanger, in particular for heat pumps, with at least one as a conduit for a heat-absorbing or heat-absorbing fluid serving pipe.
Bei Wärmetauschern stellt sich die Aufgabe, bei vertretbarem Bauaufwand eine möglichst große Wärmetauscherleistung zu erreichen. Die Wärmetauscherleistung ist unter anderem von einer möglichst guten Wärmeleitfähigkeit der Wärmetauscherflächen, von einer möglichst großen Wärmetauscherfläche und von möglichst geringen Trennwanddicken zwischen den Medien unterschiedlicher Temperatur, zwischen welchen ein Wärmeübergang stattfindet soll, abhängig.In the case of heat exchangers, the task arises with justifiable construction costs to achieve the greatest possible heat exchanger performance. The heat exchanger performance is, among other things, the best possible thermal conductivity of the heat exchanger surfaces, from the largest possible heat exchanger surface and from the smallest possible partition wall thickness between the media of different temperatures, between which there is a heat transfer should take place, depending.
Durch das Bestreben, alternative Energiequellen zu erschließen, hat in jüngster Zeit die Wärmepumpe eine besondere Bedeutung erlangt. Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe hängt entscheidend von der Qualität des Wärmetauschers und dessen Leistungsfähigkeit ab. Andererseits kann der Einsatz solcher alternativer Energiequellen nur gefördert werden, wenn die hohe Leistungsfähigkeit mit verhältnismäßig erträglichen Kosten erreicht werden kann.By striving to develop alternative energy sources, in recent times the heat pump has gained special importance. The efficiency the heat pump depends crucially on the quality of the heat exchanger and its Efficiency. On the other hand, the use of such alternative energy sources only be promoted if the high performance is relatively bearable Cost can be achieved.
Bei Wärmetauschern hoher Leistung ist eine verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit der den Wärmetauscher durchströmenden Medien erforderlich, was einen verhältnismäßig kleinen Strömungsquerschnitt verlangt. Ein kleiner Strömungsquerschnitt führt aber zunächst zu einer entsprechend kleinen Wärmeübergangsfläche, was wiederum leistungsmindernd wirkt, weshalb zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden müssen, um trotz des kleinen Strömungsquerschnitts eine große Wärmeübergangsfläche zu erhalten. Man verwendet zu diesem Zweck Rohre mit eingebauten, insbesondere lamellenarL~gen Zusatzflächen, welche einerseits geeignet sind, den Strömungsquerschnitt zu verengen, während sie andererseits die wirksame Wärmeübergangsfläche erhöhen.In the case of high-performance heat exchangers, there is a relatively high flow rate of the media flowing through the heat exchanger required, which is a relatively small flow cross-section required. However, a small flow cross-section leads initially to a correspondingly small heat transfer surface, which in turn reduces performance acts, which is why additional measures need to be taken in spite of the small To obtain a large heat transfer area through the flow cross-section. One uses for this purpose pipes with built-in, in particular lamellar additional surfaces, which on the one hand are suitable to narrow the flow cross-section while they on the other hand, increase the effective heat transfer surface.
Die Herstellung solcher Rohre mit eingebauten Lamellen oder dgl. ist relativ teuer, so daß bereits aus Kostengründen eine andere Lösung der an sich gegensätzlichen Forderung nach geringem Strömungsquerschnitt bei großer Wärmeübergangsfläche gesucht werden sollte.The production of such pipes with built-in fins or the like. Is relatively expensive, so that for reasons of cost, a different solution to the contradicting one another Requirement for a small flow cross-section with a large heat transfer area sought should be.
Insbesondere bei Wärmetauschern für Wärmepumpen gibt es noch weitere Gründe für eine derartige Forderung. Das wärmeabgebende Medium ist dabei meist ein gasförmiger, halogenierter Kohlenwasserstoff, welcher unter der Bezeichnung Frigen(ges. gesch. Warenzeichen) im Handel ist.There are others, especially in the case of heat exchangers for heat pumps Reasons for such a request. The heat-emitting medium is usually a gaseous, halogenated hydrocarbon, which is known under the name Frigen (sat. registered trademarks) is on the market.
Während man bisher aus Gründen der guten Wärmeleitfähigkeit meist Kupferrohre verwendet hat, wird insbesondere dort, wo Trinkwasser erwärmt werden soll, die Verwendung von Edelstahlrohren bevorzugt, wenn diese mit dem Gas in Berührung gelangen. Um einen möglichst guten Wärmeübergang zu erhalten, soll die Wandstärke der Wärmetauscherrohre gering gehalten werden. Andererseits werden die Wärmetauscherrohre meist in Schraubenform oder in ähnlicher Weise gekrümmt angeordnet, um Wärmetauscher zu erhalten, welche bei hoher Leistung ein geringes Bauvolumen aufweisen. Nun ist es aber bekannt, daß Edelstahlrohre mit geringer Wandstärke, etwa unter 1,5 mm, nur unter Anwendung eines bis an die Biegestelle herangeführten, in das Rohrinnere eingreifenden Dorns gebogen werden können, was voraussetzt, daß das Rohr keine inneren Einbauten, wie die erwähnten Lamellen zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche, aufweist. Edel stahlrohre mit solchen Einbauten müssen, um gebogen werden zu können, eine für Wärmetauscher ungeeignet große Wandstärke aufweisen.While so far mostly for reasons of good thermal conductivity Copper pipes are used, especially where drinking water is heated should, the use of stainless steel tubing is preferred when this is in with the gas contact reach. In order to obtain the best possible heat transfer, the wall thickness should the heat exchanger tubes can be kept low. On the other hand, the heat exchanger tubes mostly arranged in helical form or curved in a similar manner to heat exchangers to obtain, which have a low volume with high performance. Now is but it is known that stainless steel pipes with a small wall thickness, about under 1.5 mm, only by using one that is brought up to the bending point into the inside of the pipe engaging mandrel can be bent, which assumes that the tube has no internal Fixtures, such as the mentioned lamellas to increase the effective surface, having. Stainless steel pipes with such internals must, in order to be bent, have a wall thickness that is unsuitable for heat exchangers.
Der Erfindung liegt aus allen diesen Gründen die Aufgabe zugrunde., einen insbesondere auch für Wärmepumpen geeigneten Wärmetauscher zu schaffen, der einerseits besonders kostengünstig herstellbar ist und der andererseits eine hohe Leistung aufweist und dessen Leitungsrohre keine eingebauten Vorrichtungen zur Querschnittsverengung bzw. Vergrößerung der Wärmetauscherfläche enthalten, so daß also dünnwandige, gekrümmte Edelstahlrohre eingesetzt werden können.For all of these reasons, the invention is based on the object. to create a heat exchanger that is particularly suitable for heat pumps on the one hand can be produced particularly inexpensively and on the other hand a high Has power and its conduits have no built-in devices for constricting the cross-section or enlargement of the heat exchanger surface, so that thin-walled, curved Stainless steel pipes can be used.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß dieses Rohr ein gut wärmeleitendes vom Rohrende einführbares, in eingeführtem Zustand Strömungswege freihaltendes Füllmaterial enthält.The solution to this problem is that this tube is a good heat conductor Filler material which can be introduced from the end of the pipe and keeps flow paths free in the inserted state contains.
Durch diese Lösung wird es möglich, das leere Rohr über einen in das Rohrinnere eingreifenden Dorn an die Biegestelle heranzuführen und nach Wunsch zu krümmen, worauf erst anschließend, wenn das Rohr seine gewünschte Konfiguration erhalten hat, vom Rohrende aus das Füllmaterial eingefüllt wird, das eine körnige Struktur, die Form von Kügelchen oder die Form von Spänen oder eine ähnliche Schüttgutform aufweisen kann. Es ist aber auch möglich, als Füllmaterial eine flexible Spirale insbesondere aus einem Nichteisenmetall in das Rohr einzuschieben, wobei zur zusätzlichen Verengung des Strömungsquerschnitts die Spirale einen seilförmigen Kern umschließen kann.This solution makes it possible to insert the empty pipe into the Bring the inside of the pipe engaging mandrel to the bending point and, if desired, to bend, then only afterwards when the pipe has its desired configuration received, the filling material is filled in from the end of the pipe, which has a granular Structure, the shape of spheres or the shape of chips or a similar bulk shape may have. But it is also possible to use a flexible spiral as the filler material in particular made of a non-ferrous metal to be pushed into the tube, with additional Narrowing of the flow cross-section, the spiral enclose a rope-shaped core can.
Die vorgeschlagene Lösung ist nicht nur dort von Vorteil, wo dünnwandige Rohre in einem gekrümmten Zustand verwendet werden sollen, sie bietet gleichermaßen auch einen Vorteil bei geradlinig angeordneten Rohren, weil das Einfüllen eines preiswerten Füllmaterials gegenüber dem arbeitsintensiven Einbau von Lamellen oder dgl. eine sehr beachtliche Kostensenkung zur Folge hat.The proposed solution is not only advantageous where thin-walled Pipes are intended to be used in a curved condition, they offer equally also an advantage for straight pipes, because the filling of a inexpensive filling material compared to the labor-intensive installation of lamellas or Like. A very significant cost reduction result.
Bei Wärmetauschern werden vom Kompressor ausgehende Schwingungen auf die Wärmetauscherrohre übertragen. Bei koaxial angeordneten Wärmetauscherrohren führt dies dazu, daß die Rohre aneinanderschlagen, was eine starke Lärmentwicklung zur Folge hat. Die erfindungsgemäße Lösung schafft auch hier Abhilfe, weil durch das Füllmaterial das Aneinanderschlagen der Rohre verhindert wird.In the case of heat exchangers, vibrations emanating from the compressor are generated transfer the heat exchanger tubes. With coaxially arranged heat exchanger tubes this leads to the fact that the pipes hit each other, which creates a lot of noise has the consequence. The solution according to the invention also provides a remedy here, because by the filling material prevents the pipes from hitting one another.
Noch ein weiterer Vorteil der brfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Rohre je nach der Aufgabenstellung mit unterschiedlichem Füllmaterial versehen werden können, so kann beispielsweise durch Einfüllen eines feinkörnigen Materials eine sehr gro Oe große Wärmetauscheroberfläche mit verhältnismäßig geringen Strömungsquerschnitten erzielt werden, während durch das Einfüllen grobkörnigeren Materials die Wärmetauscherfläche verringert und der Strömungsquerschnitt erhöht werden kann. Diese Maßnahmen sind jeweils erst vor dem Einsatz des Wärmetauscherrohrs möglich, erleichtern also die Lagerhaltung. Außerdem ist es möglich, das Füllmaterial eines Wärmetauschers nachträglich auszuwechseln.Another advantage of the solution according to the invention is that that the pipes are provided with different filling material depending on the task at hand can be, for example, by filling in a fine-grained material a very large heat exchanger surface with relatively small flow cross-sections can be achieved, while by filling coarse-grained material, the heat exchanger surface can be reduced and the flow cross-section can be increased. These measures are in each case only possible before the use of the heat exchanger tube, thus making it easier Warehousing. It is also possible to add the filler material to a heat exchanger at a later date to replace.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.
Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.Based on the following description of one shown in the drawing Embodiment of the invention this is explained in more detail.
Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher, Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Wärmetauscherrohr mit feinkörniger Füllung, Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Wärmetauscherrohr mit grobkörniger Füllung und Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Wärmetauscherrohr mit einer eingesetzten Spirale als Füllmaterial.It shows: FIG. 1 a schematic longitudinal section through a heat exchanger, 2 shows a cross section through a heat exchanger tube with a fine-grain filling, FIG. 3 shows a cross section through a heat exchanger tube with a coarse-grained filling and FIG. 4 shows a cross section through a heat exchanger tube with an inserted spiral as Filling material.
Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher besteht aus einem Rohr 10, welches einen schraubenförmig gewundenen Abschnitt 12 aufweist, der in parallel zueinander angeordneten Anschlußstutzen 14 und 16 endet. Das Rohr 10 wird von einem Mantel 18 eingehüllt, durch welchen die Anschlußstutzen 14 und 16 nach außen ragen. Der Mantel 18 selbst ist mit Anschlußstutzen 20 und 22 versehen, so daß ein Strömungsmittel durch den vom Mantel 18 eingehüllten Innenraum des Wärmetauschers strömen kann und dabei das Rohr 10 umspült, welches seinerseits von einem zweiten Strömungsmittel mit unterschiedlicher Temperatur durchquert wird.The heat exchanger shown in Fig. 1 consists of a tube 10, which has a helically wound portion 12 in parallel mutually arranged connecting pieces 14 and 16 ends. The tube 10 is from a Sheath 18 enveloped through which the connecting pieces 14 and 16 protrude to the outside. The jacket 18 itself is provided with connecting pieces 20 and 22, so that a fluid can flow through the interior of the heat exchanger enclosed by the jacket 18 and while the tube 10 washes around, which in turn by a second fluid is traversed at different temperatures.
Das Rohr 10 besteht vorzugsweise aus einem dünnwandigen Edelstahlrohr mit einer von den Abmessungen des Wärmetauschers und dem jeweiligen Verhältnissen abhängigen Wandstärke in der Größenordnung zwischen 0,5 und 1,5 mm.The tube 10 preferably consists of a thin-walled stainless steel tube with one of the dimensions of the heat exchanger and the respective conditions dependent wall thickness in the order of magnitude between 0.5 and 1.5 mm.
Dieses Edelstahlrohr 10 wird über einen Dorn geschoben und auf einer Wickelschnecke schraubenförmig gekrümmt.This stainless steel tube 10 is pushed over a mandrel and on a Winding screw curved in a helical manner.
Nachdem das Rohr 10 die aus Fig. 1 ersichtliche Konfiguration erhalten hat und gegebenenfalls nach dem Einbau in den Mantel 18 wird das Rohr 10 mit einem Füllmaterial angefüllt, welches beispielsweise mit Druckluftunterstützung in das Rohr eingeblasen und dort verdichtet werden kann. Dieses Füllmaterial kann sehr unterschiedlicher Natur sein, muß jedoch einige Voraussetzungen erfüllen, um seinem Zweck gerecht zu werden. So muß das Füllmaterial in das gekrümmte Rohr derart eingeführt werden können, daß es das Rohr auf seine ganze Länge durchzieht. Das Füllmaterial muß außerdem ein guter Wärmeleiter sein und darf schließlich den Querschnitt des Rohrs 10 nicht soweit zusetzen, daß ein Strömungsmitteldurchtritt unterbunden wird.After the tube 10 has been given the configuration shown in FIG. 1 has and optionally after installation in the jacket 18, the tube 10 is with a Filling material filled, which can be inserted into the The pipe can be blown in and compressed there. This filling material can be very be of different nature, but must meet certain requirements in order to be Purpose to meet. So the filler material must be inserted into the curved pipe in this way can be that it pulls the pipe through its entire length. The filler material must also be a good one Be a heat conductor and ultimately be allowed to Do not clog the cross section of the pipe 10 to such an extent that a fluid can pass through is prevented.
Diese Voraussetzungen erfüllen beispielsweise schüttgutartige Teilchen, vorzugsweise aus Nichteisenmetallen, wie z.B. Aluminium, oder aber auch aus Sintermaterial, welche kugelförmig, von körniger Struktur oder in Form von Spänen ausgebildet sein können. Je nach der Korn-, Span- oder Kugelgröße wird ein mehr oder minder großer Durchströmquerschnitt auch dann verbleiben, wenn das Rohr 10 vollständig mit dem Füllmaterial angefüllt ist.These requirements are met, for example, by bulk-like particles, preferably made of non-ferrous metals, such as aluminum, or also made of sintered material, which are spherical, granular in structure or in the form of chips can. Depending on the size of the grain, chip or ball, it becomes more or less large Flow cross-section also remain when the pipe 10 is completely with the Filling material is filled.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Rohr 10, welches mit Kügelchen 24 angefüllt ist, zwischen welchen verhältnismäßig kleine Querschnitte als Strömungsweg 26 freibleiben. Bei dieser Art von Füllmaterial wird eine große Wärmeübertragungsfläche bei verhältnismäßig kleinem Strömungsquerschnitt erhalten.Fig. 2 shows a cross section through a tube 10, which with Ball 24 is filled, between which relatively small cross-sections remain free as flow path 26. With this type of filler material, a large one becomes Heat transfer surface obtained with a relatively small flow cross-section.
In Fig. 3 ist das Rohr 10 mit einem körnigen Material 28 angefüllt, dessen Korngröße wesentlich größer ist als der Querschnitt der Kügelchen 24. Zwischen den Körnern 28 bleiben Strömungswegen 30 frei, deren Gesamtquerschnitt größer ist als bei der Ausführungsform nach Fig. 2, während die wärmeübertragende Oberfläche in der Regel geringer sein wird als bei der Ausführungsform nach Fig.2, es sei denn, man verwendet Körner mit einer sehr unregelmäßig gestalteten und gegenüber dem eingeschlossenen Volumen verhältnismäßig großen Oberfläche. 1l Die Fig. 4 zeigt eine andere Lösungsmöglichkeit. Dabei ist in das Rohr 10 eine Spirale 32 aus einem elastischen Material eingeschoben, wobei die Spirale einen Nylonkern 34 umschließt, der als Füllkörper den Durchströmquerschnitt verengt. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der Strömungsweg 36 im wesentlichen den Spiralwindungen entlang.In Fig. 3 the tube 10 is filled with a granular material 28, whose grain size is significantly larger than the cross section of the globules 24. Between the grains 28 remain free flow paths 30, the total cross section of which is larger than in the embodiment of FIG. 2, while the heat-transferring surface will usually be less than in the embodiment according to Figure 2, unless one uses grains with a very irregular shape and opposite to the enclosed one Volume relatively large surface. 1l Fig. 4 shows another possible solution. It is in the tube 10 is a spiral 32 from a elastic material inserted, the spiral enclosing a nylon core 34, which, as a filler body, narrows the flow cross-section. In this embodiment the flow path 36 extends substantially along the spiral turns.
Es ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung sehr viele unterschiedliche, den jeweiligen Anwendungszwecken entsprechende Abwandlungen möglich sind, wobei der Aufwand verhältnismäßig gering ist und dünnwandige Edel stahlrohre verwendet werden können, ohne hinsichtlich der Wärmeübergangsflächen und der Strömungsquerschnitte Kompromisse eingehen zu müssen.It can be seen that the inventive training very much many different modifications, depending on the application are possible, the effort being relatively low and thin-walled noble Steel pipes can be used without regard to the heat transfer surfaces and the flow cross-sections to have to make compromises.
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| DE3013241A1 true DE3013241A1 (en) | 1981-10-08 |
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|---|---|
| DE (1) | DE3013241A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0816790A3 (en) * | 1996-06-27 | 1998-12-23 | Universität Karlsruhe, (Technische Hochschule) | Heat transfer element,more paricularly for air conditioning plant with heat recovery |
| WO2019197536A1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-10-17 | Lion Smart Gmbh | Temperature-control device for controlling the temperature of a battery device |
| IT201800007278A1 (en) * | 2018-07-20 | 2020-01-20 | Method for heat dissipation and recovery |
-
1980
- 1980-04-03 DE DE19803013241 patent/DE3013241A1/en not_active Withdrawn
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