DE3036524C2 - Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme für eine Anlage zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung von Luft- und Sonnenenergie - Google Patents
Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme für eine Anlage zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung von Luft- und SonnenenergieInfo
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Description
25
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für eine Anlage zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung von jo
Luft- und Sonnenenergie, mit einem Sockel, mehreren mit Abstand voneinander auf dem Sockel angeordneten
Wärmetauscherrohren, einem am einen Ende der Wärmetauscherrohre angeordneten Vorlaufverteiler und einem
am anderen Ende der Wärmetauscherrohre angc- r> ordneten Rücklaufsammler, wobei dieser Wärmetauscher
separat aufstellbar, säulenartig ausgebildet und von Luft frei durchströmbar ist.
Für den bekannten Wärmetauscher, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. die RWE-Firmenschrift »RWE informiert«
166, Hannover-Messe 1980, insbesondere dort
Seite 15. Bild 15 und Text auf Seile 13, rechte Spalte,
letzter Absatz), gilt folgendes:
Wärmetauscher der in Rede stehenden Art sind besonders geeignet für die in Mitteleuropa herrschenden
klimatischen Verhältnisse mit relativ häufigen Schlechtwettertagen. Auch an Schlechtwettertagen werden
nämlich in der durch den Wind bewegten Außenluft große Wärmemengen transportiert, die durch Abkühlung
der Außenluft mit dem bekannten Wärmetauscher zum Teil genutzt werden können. Bei dieser in der Luft
enthaltenen Wärmeenergie, im folgenden auch kurz als »Luftenergie« bezeichnet, handelt es sich um Sonnenenergie,
die auf dem niedrigen Temperaturniveau der Umgebungsatmosphäre gespeichert worden ist. Für den
bekannten Wärmetauscher ist nun ein Schlechtwetterzustand besonders günstig. Aus der sich niederschlagenden
Luftfeuchtigkeit, aus Regenwasser und mit Hilfe des Windes kann nämlich genügend Energie gewonnen
werden, um einen erhöhten Wärmebedarf zu decken, to Der bekannte Wärmetauscher arbeitet gewissermaßen
im Einklang mit der Natur, — je stürmischer und unfreundlicher das Wetter ist und je höher hierdurch der
Bedarf an Wärmeenergie steigt, desto mehr Wärmeenergie kann der Wärmetauscher liefern. t>5
Für Wärmetauscher der in Rede stehenden Art ist also von ganz besonderer Bedeutung, daß sie separat
aufslellbar, säulenartig ausgebildet und von Luft frei durchströmbar sind, so daß durch Wind bedingte Luftbewegungen
voll für die Wärmeaufnahme ausgenutzt werden können. Die Ausnutzung der in der Luft enthaltenen
Wärmeenergie ist allerdings bei sehr geringer Luftbewegung und niedriger Lufttemperatur problematisch.
In diesen Fällen wird insbesondere die Luft in dem von den Wärmetauscherrohren umschlossenen Innenraum
des Wärmetauschers stark abgekühlt. Diese abgekühlte Luft sinkt nach unten. Dadurch bildet sich bei
dem bekannten Wärmetauscher im unteren Teil ein Käliesiau. der dazu führt, daß sich Reif und Eis an den
Wärmetauscherrohren zu bilden beginnen. Diese Bildung von Reif und Eis beginnt unten und schreitet nach
oben langsam fort, so daß im Extremfall der ganze Wärmetauscher nicht mehr funktionsfähig ist.
Der zuvor behandelte, bekannte Wärmetauscher ist auch in der zum Stand der Technik zählenden, jedoch
nicht vorveröffenMichten DE-OS 29 39 597 beschrieben. Aus dieser zum Stand der Technik zählenden Veröffentlichung
sind bei einem Wärmetauscher der in Rede stehenden Art Wärmetauscherrohre bekannt, die auf der
Außenseite mit wendelförmig durchlaufenden Rippen versehen sind, um so die Ausnutzung der in der Luft
enthaltenen Wärmeenergie noch zu verbessern.
Schließlich ist ein Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme für eine Anlage zur Ausnutzung von Sonnenenergie
bekannt (vgl. die DE-OS 29 00 758), der zwar separat aufstellbar und säulenartig ausgebildet, jedoch nicht von
Luft frei durchströmbar ist. Die Wärmetauscherrohre dieses bekannten Wärmetauschers sind auf einen mit
einer reflektierenden Oberfläche versehenen und innen mit einer Wärmeisolierung ausgestatteten Kegelstumpf
gewickelt und werden daher allenfalls von Luft bestrichen. Dieses Konzept entspricht der Zielrichtung dieses
Wärmetauschers, der in erster Linie zur Ausnutzung von Sonnenenergie und lediglich nebenbei zur Ausnutzung
von Luftenergie geeignet ist. Insoweit kann dieser bekannte Wärmetauscher zur Frage einer guten Ausnutzung
der in der Luft enthaltenen Wärmeenergie nichts beitragen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung
von Luft- und Sonnenenergie zu schaffen, mit dem insbesondere bei geringer Luftbewegung und niedriger
Lufttemperatur eine bessere Ausnutzung der in der Luft enthaltenen Wärmeenergie möglich ist als bei dem bekannten
Wärmetauscher, von dem die Erfindung ausgeht.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmetauscherrohre auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfes angeordnet sind.
Grundlage für die Lehre der Erfindung ist eine genaue Analyse der Ursachen für die bei umfangreichen praktischen
Versuchen festgestellte Verreifung bzw. Vereisung der Wärmetauscherrohre des bekannten säulenartig
ausgebildeten Wärmetauschers von dem unteren Ende her, ein Phänomen, das insbesondere bei geringer
Luftbewegung beobachtet worden ist. Erfindungsgemäß ist hierbei erkannt worden, daß die bekannte, rein
zylindrische Form eines Wärmetauschers einen Stau von Luft im unteren Bereich begünstigt, da nämlich die
Luft dort nicht leicht genug abfließen kann. Erfindungsgemäß wird nun für das Abfließen von Luft im unteren
Bereich des Wärmetauschers eine größere Querschnittsfläche zur Verfügung gestellt. Die für das Abfließen
der Luft im unteren Bereich des Wärmetauschers zur Verfügung stehende Querschnittsfläche läßt sich
durch die Wahl des Kegelbasiswinkels des Kegelslumpfes, auf dessen Mantelfläche die Wärmetauscherrohre
angeordnet sind, leicht wunschgemäß »einstellen«.
Mit dem erfindungsgeniäßen Wärmetauscher wird eine
Konstruktion verwirklicht, bei der in ausgesprochen zweckmäßiger Weise von einem »umgekehrten Ka-nineffekt«
Gebrauch gemacht wird. Durch diesen »umgekehrten Kamineffekt« wird erreicht, daß die Luft im
unteren Bereich des Wärmetauschers ohne weiteres leicht abströmen kann, so daß im Ergebnis der erfindungsgeniäße
Wärmetauscher erheblich weniger leicht zur Verreifung bzw. Vereisung neigt als der bekannte
Wärmetauscher, von dem die Lehre dieser Patentanmeldung ausgeht.
Zuvor ist erläitert worden, daß sich die für das Abfließen
der Luft im unteren Bereich des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zur Verfügung stehende Qucrschnittsfläehe
durch die Wahl des Kegelbasiswinkels des Kegelstumpfes leicht wunschgemäß »einstellen« läßt.
Hier hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Kegelbasiswinkel des Kegelstumpfes, auf dessen Mantelfläche
die Wärmetauscherrohre angeordnet sind, größer als 70' zu wählen, insbesondere diesen Kegelbasiswinkel
zu etwa 85° zu wählen.
Im übrigen ist der Vollständigkeit halber noch darauf
hinzuweisen, daß bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher auch die Ausgestaltungen der Wärmetauscherrohre
gewählt werden können, die in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 29 39 597. die eingangs schon angesprochen
worden ist, erläutert werden. Desweiteren ist noch darauf hinzuweisen, daß die Lehre der Erfirdung
mit dem Ergebnis eines »umgekehrten Kamineffek'.s« auch dann erreicht werden kann, wenn die Wärmetauscherrohre
des Wärmetauschers auf der Mantelfläche eines Pyraniidensiumpfes angeordnet sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich
ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert: es zeigt
F i g. 1 schenatisch. teilweise mit Symbolen, ein Ausführungsbeispiel
einer Anlage zur Wärniegewinnung unter Ausnutzung von Luft- und Sonnenenergie mit einem
erfindungsgeniäßen Wärmetauscher und
F i g. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fi g. 1 langer der Linie 11-11.
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage zur Wärniegewinnung
unter Ausnutzung von Luft- und Sonnenenergie weist einen ersten Wärmetauscher 1 zur Wärmeaufnahme,
einen zweiten Wärmetauscher 2 zur Wärmeabgabe und eine Umwälzpumpe 3 auf. Der erste Wärmetauscher 1,
der zweite Wärmetauscher 2 und die Umwälzpumpe 3 sind über Wärmeträgerleitungen 4, 5, 6 zur Bildung eines
Wärmeträgerkreislaufes miteinander verbunden. In dem Wärmeträgerkreislauf sind im übrigen Ventile 7
und ein Durchflußmengenregler 8 angeordnet. Mit dem Wärmeträgerkreislauf verbunden sind ein Vorlanfthermometer
9 und ein Rücklaufthermonieter IO sowie ein Ausgleichsbehälter 11. Durch die Wärmeträgerleitungen
4, 5, 6 wird ein Wänneträgermedium geführt. In
Durchflußrichtung des Wärmeträgermtdiums ist. wie F i g. 1 deutlich zeigt, der erste Wärmetauscher 1 vor
dem zweiten Wärmetauscher 2 angeordnet. In F i g. 1 ist angedeutet, daß der zweite Wärmetauscher 2 als Wärmepumpe
ausgeführt ist und daß diesem zweiten Wärmetauscher 2 als Wärmeverbraucher 12 eine Warmwasserheizung
nachgeschaltet ist.
Der erste Wärmetauscher 1 ist separat aufstcllbar. säulcnartig ausgebildet und von Luft frei durchströmbiir.
Dazu weist der erste Wärmetauscher 1 auf einem
Sockel 13 mehrere parallel zueinander und mit Abstand voneinander angeordnete Wärmetauscherrohre 14 auf.
Am einen Ende der Wärmetauscherrohre 14 ist ein Vorlaufverteiler 15 angeordnet, am anderen Ende ein Rücklaufsanimler
16. Die Wärmetauscherrohre 14 sind, in F'13.1 nur angedeutet, mit Bippen 17 versehen. Zur Erhöhung
der Wärmestrahlungsabsorptionsfähigkeit sind die Wärmetauscherrohre 14 und die Rippen 17 schwarz
eingefärbt.
Oberhalb der WärnietauschenOhre 14 und auch
oberhalb des Rücklaufsammlers 16 ist ein Regenwassersammler 18 angeordnet. Dem Regenwassersaminler 18
kann das Regenwasser nahestehender Gebäude zugeführt und in diesem gesammelt werden. Nicht erkennbar
ist. daß der Regenwassersammler 18 mit einer verschließbaren Abtropföffnung versehen ist. von der aus
das Regenwasser über die Rippen 17 der Wärmetauscherrohre 14 geleitet werden kann.
Schematisch ist in Fi g. 1 angedeutet, daß ein Hilfsgeblase
19 vorgesehen ist. Das Hilfsgebläse 19 sitzt oberhalb des Regenwassersammlers 18 am Kopf des ersten
Wärmetauschers 1 und ist über einen nicht dargestellten Luftschacht mit dem von den Wärmetauscherrohren 14
umschlossenen Innenraum verbunden. Zur Steuerung des Hilfsgebläses 19 ist ein Windmesser 20 vorgesehen.
Wie F i g. 1 zeigt, sind die Wärmetauscherrohre 14 auf
der Mantelfläche eines Kegelstumpfes angeordnet, wobei der Kegelbasiswinkel des Kegelstumpfes etwa
gleich 85° ist.
jo Fig. 2 zeigt, daß die Wärmetauscherrohre 14 — zusätzlich
zu den außen vorgesehenen Rippen 17 — innen mit wendelförmig durchlaufenden Rippen 21, 22 versehen
sind. Dabei sind die Rippen 21 an der Innen wandung der Wärmetauscherrohre 14 vorgesehen, so daß
J5 zwischen den Wärmetauscherrohren und den Rippen 21
Wärmeleitung stattfinden kann. Die Rippen 22 sind im Kernbereich 23 der Wärmetauscherrohre 14 vorgesehen,
und zwar im Außenbereich 24 in Verbindung mit dem Innenbereieh 25 des Kernbereiches 23 der Wärmetauschcrrohre
14 angeordnet.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Wärniegewinnung
arbeitet folgendermaßen:
Kühles Wärmeträgermedium mit einer Temperatur deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur, d. h. ctwa
5 bis 6 K unterhalb der Uir^ebungstemperauir. wird
von der Umwälzpumpe 3 durch die Wärmeträgerleitu:ig 6 in den eisten Wärmetauscher I gepumpt. Im
ersten Wärmetauscher 1 wird das zugeführie Wärmeträgermedium
in dem Vorlaufverteiler 15 auf die einzelneu WärnietauschenOhre 14 verteilt und mit einer bestimmten
Geschwindigkeit durch die Wärmetauscherrohre 14 geführt. Das aus den Wärmetauscherrohren 14
austretende Wärmeträgermedium wird im Rücklaufsammler 16 gesammelt und über die Wärmeträgerlei-M
tung 4 dem zweiten Wärmetauscher 2 zugeführt. Während des Durchlaufens des Wärmeträgermediums durch
die Wärmetauscherrohre 14 ist das Wärmeträgermedium aufgewärm; worden. Die aufgenommene Wärme
wird dem Wärmeträgermedium in dem zweiten Wärmew) tauscher 2. der als Wärmepumpe ausgeführt ist. wieder
entzogen und in dem Wärmeverbraucher 12 verwertet.
Der Wärmeübergang aus der Umgcbungslufi an das
Wärnieträgcrmediiim ist bei dein ersten Wärmetauscher
I der dargestellten Anlage zur Wärmegewiniumg
tvi ausgesprochen hoch. Bei geringen Windgeschwindigkeiten,
beispielsweise unterhalb von eiwa 1.3 m/s macht sich ein »umgekehrter Kamineffeki« des Wärmetauschers
I vorteilhaft bemerkbar, indem die Luft im tune-
fen Bereich des Wärmetauschers 1 aufgrund der Ke^eI-stumpfform
ohne weiteres abströmt. Dadurch wird eine Bildung von Reif oder Eis im unteren Bereich auch bei
geringen Windgeschwindigkeiten verhindert. Zusätzlich
kann, gesteuert vom Windmesser 20, auch das Hill'sgebläse
19 eingeschaltet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
JO
J5
40
45
50
55
60
65
Claims (3)
1. Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme für eine Anlage zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung
von Luft- und Sonnenenergie, mit einem Sockel, mehreren mit Abstand voneinander auf dem Sockel
angeordneten Wärmetauscherrohren, einem am einen Ende der Wärmetauscherrohre angeordneten
Vorlaufverteiler und einem am anderen Ende der Wärmetauscherrohre angeordneten Rücklaufsammler,
wobei dieser Wärmetauscher separat aufstcllbar. säulenartig ausgebildet und von Luft frei durchströmbar
ist. dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmetauscherrohre (14) auf der Mantelfläehe
eines Kegelstumpfes angeordnet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß der Kegcioasiswinkel des Kegelstumpf,
auf dessen Mantelfläche die Wärmetauscherrohre (14) angeordnet sind, größer als 70° ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelbasiswinkel etwa gleich
85" ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3036524A DE3036524C2 (de) | 1979-09-29 | 1980-09-27 | Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme für eine Anlage zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung von Luft- und Sonnenenergie |
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DE19792939597 DE2939597A1 (de) | 1979-09-29 | 1979-09-29 | Anlage zur waermegewinnung unter ausnutzung von luft- und sonnenenergie |
DE3036524A DE3036524C2 (de) | 1979-09-29 | 1980-09-27 | Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme für eine Anlage zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung von Luft- und Sonnenenergie |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3036524A1 DE3036524A1 (de) | 1982-04-22 |
DE3036524C2 true DE3036524C2 (de) | 1985-03-07 |
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ID=25781288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3036524A Expired DE3036524C2 (de) | 1979-09-29 | 1980-09-27 | Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme für eine Anlage zur Wärmegewinnung unter Ausnutzung von Luft- und Sonnenenergie |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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-
1980
- 1980-09-27 DE DE3036524A patent/DE3036524C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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