DE3022479A1 - Heat pump with heat exchange coil - which matches housing interior, and has tubes connected by bends top and bottom, enclosing water tubes - Google Patents

Heat pump with heat exchange coil - which matches housing interior, and has tubes connected by bends top and bottom, enclosing water tubes

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DE3022479A1 DE19803022479 DE3022479A DE3022479A1 DE 3022479 A1 DE3022479 A1 DE 3022479A1 DE 19803022479 DE19803022479 DE 19803022479 DE 3022479 A DE3022479 A DE 3022479A DE 3022479 A1 DE3022479 A1 DE 3022479A1
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Abstract

The heat pump for providing hot water supply has a cupboard-shaped housing with compartments for the evaporator and condenser, and with a heat exchange coil extending from top to bottom. This coil consists of a set of vertical outer tubes (5), each with a nest of water tubes (8) inside. The gaseous or liquid refrigerant circulates through the spaces between them. These outer tubes are connected by detachable bends at top and bottom, and have supply and return connecting unions at the tops of the two outermost tubes. The tops of these outer tubes have parabolic enlargements (3) forming the positions for attaching connecting tubes (10) on the outside. The water tubes have enlarged ends (9) for mounting in the ends (4) of the outer tubes beyond these enlargements. The housing has attachable cladding panels.

Description

Wärmepumpe Heat pump

Die Erfindung betrifft die Wärmepumpe einer mit Warmwasser betriebenen Heizungsanlage für Gebäude, z.B. Ein- und Mehrfamilienhäuser oder für beliebige Zwecke. Sie betrifft insbesondere eine Wärmepumpe, die in einem verkleideten Gestellrahmen untergebracht ist und nebst den für die Funktion und Bedienung erforderlichen übrigen Bauteilen mindestens einen Wärmeaustauscher enthält, der aus mehreren im Gestellrahmen vertikal aneinandergereiht angeordneten Mantelrohren besteht, die jeweils ein Bündel vom zu erwärmenden Wasser durchflossene Innenrohre beherbergen. Die vom Kältemittel bezw. Heißgas durchströmten Mantelrohre sind an den Enden der Innenrohre verschlossen und ausser an den Wasseranschlußenden durch Rohrverbindungsstücke miteinander verbunden. Innerhalb der verschlossenen Mantelrohre zweigen Zu-, Abfluß- und Verbindungsrohre für das Kältemittel ab.The invention relates to the heat pump operated with hot water Heating system for buildings, e.g. single and multi-family houses or for any Purposes. In particular, it relates to a heat pump in a covered frame is housed and in addition to the others required for function and operation Components contains at least one heat exchanger, which consists of several in the rack frame There are casing pipes arranged vertically in a row, each a bundle house inner pipes through which the water to be heated flows. The one from the refrigerant respectively Casing pipes through which hot gas flows are closed at the ends of the inner pipes and connected to one another by pipe connectors except at the water connection ends. Inlet, outlet and connecting pipes branch off inside the closed casing pipes for the refrigerant.

Bei Wärmepumpen dieser Art, die als einzigste Heizungseinrichtung in einem Gebäude Anwendung finden, sind die äusseren Abmessungen, bezw. die des Gestellrahmens von geringerer Bedeutung. Werden solche Wärmepumpen z.B. für die wirtschaftlichere Arbeitsweise einer bereits vorhandenen Olheizungsanlage eingesetzt oder steht für die Wärmepumpe im Aufstellungsraum nur eine Wandnische zur Verfügung, dann sind die Abmessungen von größter Bedeutung.In heat pumps of this type, it is the only heating device are used in a building, the external dimensions, respectively. the des Frame of lesser importance. Are such heat pumps e.g. for the more economical operation of an already existing oil heating system used or is there only one wall niche available for the heat pump in the installation room, then the dimensions are of the utmost importance.

Bei den bekannten vergleichbaren Wärmepumpen ist das Verhältnis Heizleistung zur Stellflächengröße für den Raumbedarf nicht günstig genug. Die übliche Höhe eines Erd- oder Untergeschoßraums könnte zu Gunsten einer kleineren Stellfläche besser genutzt sein. Es sind sogar Wärmepumpen mit eingeschränkter Bauhöhe und entsprechend größerer Grundfläche bekannt, bei denen zur Entnahme reparaturbedürftiger Innenteile ein nicht unerhebliches Maß an lichter Raumhöhe zusätzlich benötigt wird.In the case of the known, comparable heat pumps, the ratio is heating output for the size of the floor space not cheap enough for the space required. The usual height of a Ground floor or basement room could be better in favor of a smaller footprint be used. There are even heat pumps with a restricted overall height and accordingly larger area known where for removing items in need of repair Interior parts a not inconsiderable amount of clear room height is also required.

In jedem Anwendungsfall sind diejenigen Wärmepumpen am vorteilhaftesten, die bei großer Heizleistung nur eine kleine Stellfläche beanspruchen.In any application, the most beneficial heat pumps are which only take up a small floor space with a high heating output.

Bei der Wärmepumpe, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist, obwohl zwei Wärmeaustauscher in der Funktion als Verdampfer und Verflüssiger im Gestellrahmen angeordnet sind, die Stellfläche im Verhältnis zur Heizleistung klein.In the heat pump to which the present invention relates, is, although two heat exchangers in the function as evaporator and condenser are arranged in the frame, the footprint in relation to the heating power small.

Maßgebend für die Grundflächengröße des Gestellrahmens sind nur der Kompressor und die schmalen Stirnpartien des Wärmeaustauschers. Gestellrahmen und Wärmeaustauscher sind schlank in die Höhe strebend ausgeführt. Wegen der günstigsten Wärmeübertragung strömt das verdampfte Kältemittel im Verdampfer von unten nach oben durch die Mantelrohre. Diese Strömungsrichtung erfordert für einen ausreichenden Öltransport eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Druckverluste, wie z.B. durch den in die Höhe gezogenen Wärmeaustauscher und die sperrend wirkenden Innenrohrbündel in den Mantelrohren an den Übergangsstellen in die Kältemittelrohre müssen auf ein Mindestmaß reduziert sein. Die Verwendung eines stärkeren Kompressors mit höherer Stromaufnahme ist nicht angebracht, da Wärmepumpen, um wirtschaftlich zu arbeiten, möglichst wenig elektrischen Strom verbrauchen dürfen.Only that are decisive for the base area of the rack frame Compressor and the narrow front sections of the heat exchanger. Rack frame and Heat exchangers are designed to be slim, striving upwards. Because of the cheapest Heat transfer, the evaporated refrigerant flows in the evaporator from below up through the jacket pipes. This direction of flow requires sufficient for a Oil transport has a high flow rate. Pressure losses, e.g. due to the Elevated heat exchangers and the inner tube bundle that acts as a barrier in the jacket pipes at the transition points to the refrigerant pipes must be on Minimum size must be reduced. The use of a stronger compressor with a higher Power consumption is not appropriate because heat pumps, in order to work economically, Consume as little electricity as possible.

Stammt das Medium, aus dem die Wärme entnommen wird, aus der freien Natur, ist es z.B. Bach- oder Seewasser, dann können unter Umständen Verunreinigungen in die Wärmepumpe gelangen und sich im Wärmeaustauscher festsetzen. In einem solchen Fall sollte sich der Wärmeaustauscher zur leichten Reinigung auf einfache Weise zerlegen lassen.The medium from which the heat is extracted comes from the free Nature, if it is e.g. stream or lake water, then under certain circumstances impurities can occur get into the heat pump and get stuck in the heat exchanger. In such a In this case, the heat exchanger should be easy to clean have it dismantled.

Aufgabe der Erfindung ist es, an den Mantelrohren des Wärmeaustauschers die Übergangs stellen in die Kältemittelrohre druckverlustfrei zu gestalten. Ferner den Wärmeaustauscher so auszubilden, daß die Enden der vom Wasser durchflossenen Rohre leicht zugänglich sind.The object of the invention is to the jacket pipes of the heat exchanger Make the transition points in the refrigerant pipes free of pressure loss. Further to design the heat exchanger so that the ends of the water flowed through Pipes are easily accessible.

Erfindungsgemäß sind die Mantelrohre des Wärmeaustauschers an den Ubergangsstellen zu den Zu-, Abfluß- und Verbindungsrohren für das Kältemittel ringsum zu parabelförmigen Ausbuchtungen erweitert. Die mantelrohre sind hierdurch an den Ubergangsstellen zu den abzweigenden Kältemittelrohren strömungsgünstig ausgebildet. Das Kältemittel tritt an diesen Stellen ungebremst ein und aus. Die Strömungsgeschwindigkeit ist im gesamten Bereich des Wärmeaustauschers hoch genug für einen ausreichenden Öltransport.According to the invention, the jacket pipes of the heat exchanger to the Transition points to the inflow, outflow and connecting pipes for the refrigerant all around expanded to parabolic bulges. The jacket pipes are thereby attached to the Transition points to the branching off refrigerant pipes are designed to be flow-favorable. The refrigerant enters and exits unchecked at these points. The flow rate is high enough in the entire area of the heat exchanger for sufficient Oil transport.

Der Wärmeaustauscher besteht nach der Erfindung vorwiegend aus langen geraden Abschnitten von handelsüblichen Rohren.According to the invention, the heat exchanger consists mainly of long straight sections of commercially available pipes.

Die Ausführung des Wärmeaustauschers ist dadurch kostengünstig.The design of the heat exchanger is therefore inexpensive.

Nach der Erfindung sind die Wasseranschlußstücke und die Rohrverbindungsstücke von den Mantelr ohr enden des Wärmeaustauschers nächst den Innenrohrenden, beispielsweise durch wasserdichte Verschraubungen, abnehmbar gestaltet. Hierdurch sind alle vom Wasser durchflossenen Rohrpartien des Wärmeaustauschers leicht zugänglich. Die gerade verlaufenden Innenrohre sind leicht zu reinigen.According to the invention, the water connection pieces and the pipe connection pieces from the jacket tube ends of the heat exchanger next to the inner tube ends, for example with watertight screw connections, designed to be removable. This means that everyone is from Easily accessible pipe sections of the heat exchanger through which water flows. Straight running inner pipes are easy to clean.

Um mit einem Kompressor von bestimmter Leistung und einer hierzu anwendungsgünstigen Bauart der Wärmepumpe eine maximale Heizleistung zu erzielen, ist der Wärmeaustauscher nach der Erfindung so groß ausgeführt, daß er die ganze innere Rückseite des Gestellrahmens einnimmt.In order to have a compressor of a certain power and one that is suitable for this purpose Design of the heat pump to achieve maximum heating output is the heat exchanger made according to the invention so large that it covers the entire inner back of the rack frame occupies.

Um höheren oder verschiedenen Anforderungen an die Leistung der Wärmepumpe zu entsprechen, ist nach der Erfindung der erfindungsgemäß gestaltete Wärmeaustauscher, z.B. bei Zellenbauweise der Wärmepumpe, als gleichartiges Bauteil in einem mehrfach- z.B. doppel- oder dreifachbreiten oder entsprechend tieferen Gestellrahmen mehrfach angeordnet und verwendet.To meet higher or different demands on the performance of the heat pump according to the invention is the heat exchanger designed according to the invention, e.g. with cell construction of the heat pump, as a similar component in a multiple E.g. double or triple width or correspondingly deeper frame several times arranged and used.

Die Wärmepumpe ist nach der Erfindung durch allseitig abnehmbare Verkleidungen am Gestellrahmen pflegeleicht ausgebildet.According to the invention, the heat pump has panels that can be removed from all sides Easy to care for on the frame.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht auf die Vorderseite der Wärmepumpe bei abgenommener Verkleidung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Wärmepumpe bei abgenommener Verkleidung, Fig. 3 eine Ansicht auf die Breitseite des Wärmeaustauschers mit den Zu-, Abfluß- und Verbindungsrohren für das Kältemittel, Fig. 4 den Schnitt durch eine der parabelförmigen Ausbuchtungen an einem Mantelrohr und durch die Enden der Innenrohre mit dem Mantelrohrverschluß und Fig. 5 die Draufsicht auf ein verschlossenes Mantelrohrende mit den Öffnungen der Innenrohre.The invention is described with reference to drawings. Show it: Fig. 1 is a view of the front of the heat pump with the cover removed, FIG. 2 shows a side view of the heat pump with the cover removed, FIG. 3 shows a View of the broad side of the heat exchanger with the inlet, outlet and connecting pipes for the refrigerant, FIG. 4 shows the section through one of the parabolic bulges on a jacket tube and through the ends of the inner tubes with the jacket tube closure and FIG. 5 shows the plan view of a closed tubular casing end with the openings the inner tubes.

Die Pfeile deuten die Strömungsrichtung des Kältemittels an, in Fig.3 beim Verdampfer. The arrows indicate the direction of flow of the refrigerant, in Fig. 3 at the evaporator.

Im Gestellrahmen 11 der Wärmepumpe sind beispielsweise zwei Wärmeaustauscher 1 angeordnet, von denen der eine als Verdampfer und der andere als Verflüssiger arbeitet. Die beiden Wärmeaustauscher 1 sind gleich und entsprechen in ihrer Größe der inneren Rückseite 12 des Gestellrahmens 11. Der Wärmeaustauscher 1 besteht aus mehreren, beispielsweise aus vier vertikal angeordneten gradlinigen Mantelrohren 2. Die Mantelrohre 2 beherbergen ein Bündel Innenrohre 8, durch die das zu erwärmende Wasser fließt. Die Innenrohre 8 sind an ihren Enden 9 etwas aufgeweitet. Die Mantelrohre 2 sind mit Innenrohren 8 so vollbepackt, daß die Innenrohre 8 mit ihren Enden 9 unter sich und an der Innenwand der Mantelrohre 2 tangieren. Dadurch bestehen in den Mantelrohren 2 sehr enge Hohlräume 5, durch die das Kältemittel bezw. Heißgas mit hoher Geschwindigkeit strömt. Die Mantelrohre 2 sind an den Enden 9 der Innenrohre 8 beispielsweise durch Zuschweißen verschlossen und befinden sich dort die Mantelrohrverschlüsse 13. Ausser an den Wasseranschlußenden 4 sind die Mantelrohre 2 an den Enden durch Rohrverbindungsstücke 7 überbrückt. Die Wasseranschlußenden 4 gehen in Wasseranschlußstücke 6 über. Infolge der endseits verschlossenen Mantelrohre 2 fließt das Wasser durch die Wasseranschlußstücke 6, durch die Innenrohre 8 und durch die Rohrverbindungsstücke 7. Kurz vor den Enden 9 der Innenrohre 8 sind die Mantelrohre 2 um ihren ganzen Umfang herum mit parabelförmigen Ausbuchtungen 3 versehen. An der Mitte jeder dieser parabelförmigen Ausbuchtung 3 zweigen die Kältemittelrohre 10 als Zu-, Abfluß- und Verbindungsrohre für das Kältemittel ab. Durch die strömungsgünstige Gestaltung der Ausbuchtungen 3 ist ein Druckverlust an den Ubergangsstellen zwischen den Kältemittelrohren 10 und den Mantelrohren 2 vermieden. Damit ist auch die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels bezw. Heißgases in den Mantelrohren 2 nicht beeinträchtigt. Sie ist im ganzen Bereich des Wärmeaustauschers 1 hoch genug für einen ausreichenden Öltransport. In den Mantelrohren 2 findet eine gute tibertragung der herangeführten Wärme auf die Innenrohre 8 statt. Zwecks leichter Reinigung aller wasserführenden Rohre sind die Wasseranschlußstücke 6 und die Rohrverbindungsstücke 7 von den Mantelrohren 2 abnehmbar, z.B.In the frame 11 of the heat pump, for example, there are two heat exchangers 1 arranged, of which one as an evaporator and the other as a condenser is working. The two heat exchangers 1 are the same and correspond in size the inner back 12 of the rack frame 11. The heat exchanger 1 consists of several, for example from four vertically arranged straight casing pipes 2. The jacket tubes 2 house a bundle of inner tubes 8 through which the to be heated Water flows. The inner tubes 8 are widened somewhat at their ends 9. The jacket pipes 2 are so fully packed with inner tubes 8 that the inner tubes 8 with their ends 9 tangent below and on the inner wall of the casing pipes 2. Thereby exist in the casing pipes 2 very narrow cavities 5 through which the refrigerant BEZW. Hot gas flowing at high speed. The casing pipes 2 are at the ends 9 of the inner pipes 8 closed for example by welding and are located there the jacket pipe closures 13. Except at the water connection ends 4 are the Casing pipes 2 bridged at the ends by pipe connectors 7. The water connection ends 4 merge into water connection pieces 6. As a result of the casing pipes closed at the ends 2, the water flows through the water connection pieces 6, through the inner pipes 8 and through the pipe connectors 7. Shortly before the ends 9 of the inner tubes 8 are the Casing pipes 2 are provided with parabolic bulges 3 around their entire circumference. The refrigerant pipes branch off at the center of each of these parabolic bulges 3 10 as inflow, outflow and connecting pipes for the refrigerant. Due to the streamlined Design of the bulges 3 is a pressure loss at the transition points between the refrigerant pipes 10 and the jacket pipes 2 avoided. This is also the flow velocity the refrigerant respectively. Hot gas in the jacket pipes 2 is not affected. she is high enough in the whole area of the heat exchanger 1 for sufficient Oil transport. In the jacket pipes 2 there is good transmission of the brought up Heat on the inner tubes 8 instead. For the purpose of easy cleaning of all water-bearing Pipes are the water connection pieces 6 and the pipe connection pieces 7 of the casing pipes 2 removable, e.g.

abschraubbar ausgeführt.Executed unscrewable.

Bezugszeichenliste 1 Wärmeaustauscher 2 Mantelrohre 3 parabelförmige Ausbuchtungen 4 Wasseranschlußenden 5 Hohlräume 6 Wasseranschlußstücke 7 Rohrverbindungsstücke 8 Innenrohre 9 Enden an den Innenrohren 10 Kältemittelrohre 11 Gestellrahmen 12 Innere Rückseite des Gestellrahmens 13 Mantelrohrverschlüsse Leerseite LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 heat exchanger 2 jacket tubes 3 parabolic Bulges 4 water connection ends 5 cavities 6 water connection pieces 7 pipe connection pieces 8 inner tubes 9 ends on the inner tubes 10 refrigerant tubes 11 rack frame 12 Inner back of the rack frame 13 jacket pipe locks Blank page

Claims (4)

Anspruche 1In einem verkleideten Gestellrahmen untergebrachte Wärmepumpe mit einem Wärmeaustauscher, der aus mehreren im Gestellrahmen vertikal angeordneten, ausser an den vasseranschlußenden endseitig durch Rohrverbindungsstücke miteinander verbundenen, jeweils ein Bündel vom zu erwärmenden Wasser durchflossene Innenrohre beherbergende, an den Enden der Innenrohre verschlossenen, von dem Kältemittel bezw. Heißgas durchströmten, untereinander durch Kältemittelrohre verbundenen Mantelrohren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelrohre(2) an den Ubergangsstellen zu den Kältemittelrohren (10) um den ganzen Umfang herum zu parabelförmigen Ausbuchtungen (3) erweitert sind; daß die Mantelrohre (2) und die Innenrohre (8) zwischen den Ausbuchtungen (3) gradlinig verlaufen und daß die Wasseranschlußstücke (6) und die Rohrverbindungsstücke (7) von den Mantelrohren (2) abnehmbar, beispielsweise abschraubbar, gestaltet sind. Claims 1 Heat pump housed in a clad rack frame with a heat exchanger consisting of several vertically arranged in the rack frame, except at the water connection ends with each other by pipe connectors connected inner pipes through which a bundle of water to be heated flows accommodating, closed at the ends of the inner tubes, BEZW of the refrigerant. Hot gas flowed through jacket pipes connected to one another by refrigerant pipes consists, characterized in that the casing pipes (2) at the transition points to the refrigerant pipes (10) around the entire circumference to form parabolic bulges (3) are expanded; that the casing pipes (2) and the inner pipes (8) between the Bulges (3) run in a straight line and that the water connectors (6) and the Pipe connecting pieces (7) can be removed from the casing pipes (2), for example unscrewed, are designed. 2. Wç;rmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1) an der inneren Rückseite (12) des Gestellrahmens (11) angeordnet ist und in seiner Größe der inneren Rückseite (12) entspricht.2. Heat pump according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (1) is arranged on the inner rear side (12) of the rack frame (11) and in its size corresponds to the inner back (12). 3. Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1) als gleiches Bauteil in einem mehrfach- z.B. doppel- oder dreifachbreiten oder entsprechend tieferen Gestellrahmen (11) mehrfach angeordnet und verwendet ist.3. Heat pump according to claims 1 and 2, characterized in that that the heat exchanger (1) as the same component in a multiple, e.g. double or triple-width or correspondingly deeper frame frames (11) arranged several times and is used. 4. Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gestellrahmen (11) allseitig mit abnehmbaren Verkleidungen versehen ist.4. Heat pump according to claims 1, 2 and 3, characterized in that that the frame (11) is provided with removable panels on all sides.
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