DE3040647A1 - Waermetauscher zur absorbierung der lufwaerme - Google Patents

Waermetauscher zur absorbierung der lufwaerme

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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S20/40—Solar heat collectors combined with other heat sources, e.g. using electrical heating or heat from ambient air
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Description

"Wärmetauscher zur Absorbierung der Luftwärme"
Die Erfindung geht aus von einem Wärmetauscher zur Absorbierung der Luftwärme, insbesondere zur Speisung einer Wärmepumpe, mit von einem Wärmeübertragungsmedium durchflossenen Lamellen.
Solche Wärmetauscher sind anderen, z.B. als Dachfläche oder Fassadenfläche gestalteten, Wärmetauschern in vielen Beziehungen überlegen. Wo die architektonische Situation es erlaubt, etwa auf dem hinteren Bereich eines Daches, auf zurückliegenden Nebengebäuden o« dgl.9 sind sie meist vorzuziehen. Nur in sehr windgeschützten Lagen lohnt sich ihr Einsatz in der Regel nicht; sie bedürfen eines gewissen Windzuges zwischen ihren Lamellen, die zu diesem Zweck waagerecht angeordnet sind.
Nachteil dieser Wärmetauscher ist in erster Linie ihre Vereisung beim Betrieb unter 0° C. Sie verlangen dann einen erheblichen Teil der vorher von ihnen gelieferten Energie zurück, um immer wieder abgetaut zu werden, wenn die Vereisung den Wärmeaustausch zu stark behindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmetauscher der eingangs bezeichneten Art schneller und mit geringerem Energieaufwand abzutauen.
Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, daß die Lamellen senkrecht oder geneigt ausgerichtet sind.
Das Eis braucht dann nur auf einer dünnen Schicht an seinen Berührungsflächen mit den Lamellen abgetaut zu werden und. rutscht anschließend im übrigen ab. Dieser Vorteil der senkrechten oder geneigten Ausrichtung wirkt sich, wie mit der Erfindung erkannt wurde, um ein Vielfaches mehr aus als der" damit verbundene Nachteil, daß der Wind nicht, in jeder Richtung gleichermaßen durch die Zwischenräume der Lamellen streichen kann.
Diesem Nachteil kann man mit verschiedenen Mitteln weitgehend abhelfen.
Die Lamellen können in der Hauptwindrichtung, im allgemeinen West-Ost-Richtung, ausgerichtet werden. In aller Regel herrscht Westwind, gelegentlich Ostwind, Nordwind ganz selten und Südwind praktisch überhaupt nicht. Geneigte Lamellen schöpfen außerdem auch Luft, wenn sie dem Luftstrom entgegengeneigt sind; das läßt sich auch noch mit Schöpf- oder Leitblechen unterstützen. Im übrigen versagen die Wärmetauscher, mit waagerechten Lamellen bei Windstille, während zwischen den senkrechten oder geneigten Lamellen eine Schwerkraftbewegung von oben nach· unten stattfinden kann.
Man kann den Wärmetauscher .auch um eine senkrechte Achse schwenkbar und mittels eines gesteuerten Antriebs der Windrichtung nachführbar machen.
Außerdem kann man ihn ergänzend; zugleich für den Fall der Windstille, mit einer Ventilationeinrichtung zur ..Beströmung mit der Luft versehen. . ■ .
Zur' Erleichterung des Abrutschens des Eises können die Lamellen eine Beschichtung mit einem Material von geringem' Reibungskoeffizienten erhalten.
Als besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Wärmetauscher, vorzugsweise in Baueinheit, mit einem Sonnenkollektor zu kombinieren, der ihm in Fließrichtung des Wärmeübertragungsmediums nachgeschaltet ist.
Da der Lamellen-Wärmetauscher ohnehin ein freistehender und architek-
T- O ~
Ionisch eigenständiger Baukürper· von l<*chnh»cht*(°n Char.iklcr isl, bitMt·! sich hier ebenso die Gelegenheit zur Installation eines Sormenkollektors. Dieser kann hier also einfach hinzukommen, ohne weiteren Platz, an dem er stören würde, zu beanspruchen. Zudem ist die Kombination eines Sonnenkollektors mit einem Wärmetauscher insofern sinnvoll, als der Sonnenkollektor das Wärmeübertragungsmedium höher erwärmt als der Wärmetauscher, sein Erwärmungsintervall also auf das des Wärmetauschers aufgestockt werden kann. Letzteres vornehmlich im Winterbetrieb, im Sommerbetrieb kann auch mit dem Sonnenkollektor allein gearbeitet werden; man kann den Sonnenkollektor auf den Sommerbetrieb hin und den Wärmetauscher auf den Winterbetrieb hin optimieren.
Der Erfindungsaufgabe des Abtauens dient der Sonnenkollektor in der Weise, daß man inn zum Abtauen einfach mit dem Wärmetauscher kurzschließt, d.h. den Kreislauf aus dem Sonnenkollektor unmittelbar in den Wärmetauscher zurückführt. Gerade bei Frostwetter ist Mittags die Helligkeit meist relativ groß; durchschnittliche Helligkeit reicht aber . bei dem geringen Energiebedarf für das erfindungsgemäße Abtauen aus.
Vorzugsweise ist die Baueinheit aus Wärmetauscher und Sonnenkollektor um eine senkrechte oder leicht nach Norden geneigte Achse schwenkbar und dem Sonnenlauf nachführbar.
Auch damit wird die gesonderte, freie Aufstellung des Wärmetauschers für den Sonnenkollektor ausgenutzt. Das laufende Nachstellen eines Sonnenkollektors nach dem Sonnenstand ist an sich bekannt, aus baulichen Gründen ist es aber meistens nicht möglich. Zwischen der jeweiligen Ausrichtung des Sonnenkollektor nach der Sonne und der Ausrichtung der Lamellen nach dem Wind läßt sich durchaus ein tragbarer Kompromiß finden. Man wird den Sonnenkollektor rechtwinklig zu den Lamellen anordnen, so daß diese in West-Ost-Richtung ausgerichtet sind- während der Sonnenkollektor nach Süden, d.h. dem mittleren Sonnenstand, steht. Richtet man einen Schwenkwinkel von ± gegenüber dieser Mittelstellung ein, so findet der Westwind oder Ostwind noch genügend Durchgang durch den Wärmetauscher, ,und der
des lages
Sonnenkollektor erfaßt praktisch die neuen hellsten Stunden/voll, denn erst ab 40° Schrägeinstrahlung fällt der Leistungskoeffizient des Sonnen-
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- 6 - · kollektors merklich ab (bis dahin nur um 7%) ·
Die erwähnte Ventilationseinrichtung weist im Falle der Kombination des Wärmetauschers mit einem Sonnenkollektor zweckjnäßigerweise einen unter dem Sonnenkollektor angeordneten Ventilator auf, der gegen die, dann zum Ventilator hin ansteigend ausgebildete, Unterseite des Wärmetauschers gerichtet ist, an 'der vorzugsweise in die Lamellenzwischenräume hineinleitende Schöpfbleche und/oder seitliche Leitbleche angeordnet sind. " ·
Die Zeichnungen geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.
Fig. 1 zeigt eine Einheit aus einem Wärmetauscher mit einem Sonne—
kollektor in Seitenansicht.
Fig. 2 zeigt die Einheit in Draufsicht.
Fig. 3 zeigt ein Schema der Kreisläufe.
Auf einem Sockel 1 ist mit einer Kugeldrehverbindung 2 eine Einheit 3 aus einem Wärmetauscher 4 und einem Sonnenkollektor 5 um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagert. · ' .
Der Wärmetauscher 4 besteht aus einer Reihe mit Zwischenräumen 6 angeordneter senkrechter Hohllamellen 7, die derart miteinander verbunden sind, daß eine am Einlauf 8 »des Wärmetauschers eingeführte Flüssigkeit, auf ihrem Weg zum Auslauf 9 alle Hohllamellen 7 nacheinander durchströmt. Die Oberseite des Wärmetauschers 4 ist waagerecht, die Unterseite steigt, ausgehend vom Einlauf 8, etwas an.
Der Sonnenkollektor 5 ist in der Himmelsrichtung rechtwinklig zur Erstreckung der Hohllamellen 7 mit üblicher Schräg Stellung nach oben ausgerichtet.
Unter dem Sonnenkollektor 5 ist ein Ventilator 10 auf die Unterseite des Wärmetauschers 4 gerichtet. Sein Luftstrom kann durch nichtgezeichnete dreieckige oder flach-trapezförmige Leitbleche an den beiden unteren Seitenkanten des Wärmetauschers 4 zusammengehalten und durch ebenfalls
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■-)
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nicht gezeichnete Schöpf- oder Leitbleche an den Unterkanten der einzelnen Hohllamellen 7 in die Zwischenräume 6 hineingelenkt werden, in die er jedoch auch schon infolge des Überstands immer der jeweils nächsten Hohllamellen nach unten eintritt.
In Fig. 2 ist der Schwenkwinkel der Einheit 3 um ± 30° aus ihrer in durchgezogenen Linien gezeichneten Mittelstellung heraus in gestrichelten Linien, bzw. strichpunktierten Linien dargestellt« In der Mittelstellung ist der Sonnenkollektor 5 nach Süden und sind die Hohllamellen 7 des Wärmetauschers von Ost nach West ausgerichtet. Der zugehörige Schwenkantrieb und seine Steuerung brauchen ebensowenig wie der konstruktive Zusammenbau des Wärmetauschers, des Sonnenkollektors usw. zu der Einheit 3 ü« einzelnen erläutert zu werden.
Es sind folgende Leitungsverbindungen eingerichtet:
Eine ausgezogen gezeichnete Zuleitung 11, in der eine Pumpe 12 und ein Rückschlagventil 13 angeordnet sind, führt zum Einlauf 8 des Wärmetauschers 4. Der Auslauf 9 des Wärmetauschers ist mit dem Einlauf 14 des Sonnenkollektors 5 verbunden. An den Auslauf 15 des Sonnenkollektors schließt sich eine Rückleilung 16 an. Diese kann durch eine Kurzschlußleitung 17, in der eine Pumpe 18 und ein Rückschlagventil 19 angeordnet sind, mit der Zuleitung 11 verbunden werden. Eine weitere, gestrichelt gezeichnete Leitung 20, in der eine Pumpe 21 und ein Rückschlagventil 22 angeordnet sind, führt zur Verbindung des Auslaufs 9 mit dem Einlauf 14.
Die Zuleitung 11 und die Rückleitung 16 verbinden die Einheit 3 mit einer Wärmepumpe 23.
Die Leitung 20 und die Rück leitung 16 verbinden den Sonnenkollektor 5 allein mit einem Boiler 24.
An der Austrittsseite der Wärmepumpe 23 sind eine mit einer Pumpe 30 versehene Verbraucherzuleitung 25 und eine Verbraucherrück Leitung 26 angeschlossen. Diese führen über Verbindungsleitungen 2? und 28 sowie eine Pumpe 29 auch zu dem Boiler 24-
Schließlich ist die Verbraucherzuleitung 25 über ein Umschaltventil 31 und eine Leitung 32 und die Verbraucherrückleitung 26 über eine
- 8 Leitung 33 auch an einen Heizkessel 34 angeschlossen.
Im Winterbetrieb treibt die Pumpe 12 Wärmeübertragungsflüssigkeit, in der Regel mit Frostschutzmittel versehenes Wasser, durch die Zuleitung in den Wärmetauscher 4, von diesem in den Sonnenkollektor 5 und carch die Rückleitung 16 zurück in die Wärmepumpe 23. Die Pumpe 21 ist außer Betrieb, das Rückschlagventil 22 verhindert ungewollte Rückströmung durch die Leitung 20.
Auf der anderen Seite der Wärmepumpe 23 fördert die Pumpe 30 durch die Verbraucherzuleitung 25 Warmwasser zu den Verbrauchern, in der· Regel also zur Heizung, insbesondere einer Fußbodenheizung ,und durch die Verbraucherrückleitung 26 zurück. Die Pumpe 29 zweigt davon einen durch die Leitunen 27 und 28 fließenden Strom zur Heizung des Boilers ab, der das warme Brauchwasser liefert.
Wird das Wasser in der Verbraucherzuleitung 25 zu kalt, springt der Heizkessel 34 .an und speist am Umschaltventil 31 heißes Wasser in sie ein; der Rückfluß in den Heizkessel 34 erfolgt durch die Leitung 33. Das vom Heizkessel 34 gelieferte Wasser kann dem von der Wärmepumpe kommenden hinzugemischt werden oder es ersetzen; man könnte die Leitungen auch so führen, daß das von "der Wärmepumpe 23 kommende Wasser in dem Heizkessel weiter aufgeheizt wird.
Muß der Wärmetauscher 4 abgetaut werden, setzt man die Pumpe 12 still und die Pumpe 18 in Betrieb. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit .läuft jetzt nur. in der Einheit 3 um, nimmt im Sonnenkollektor 5 Wärme auf und. gibt sie im Wärmetauscher 4 ab. Das Abtauen vollzieht sich ziemlich schnell; sobald nur ein dünner Wasserfilm an der Oberfläche der Hohllamelien 7 entstanden ist, rutscht das Eis ab.
Im Sommerbetrieb läuft allein die Pumpe 21, es wird nur mit der Wärme des Sonnenkollektors 5 der Boiler 24 geheizt.
Die Anordnung der Pumpen und Rückschlagventile ist so getroffen, daß sich außer dem Umschaltventil 31 gesteuerte Ventile vollständig" erübrigen. ",
Über die grundsätzlichen Möglichkeiten der Drehung einer solchen Einheit nach deni Sonnenstand ist oben bereits ausreichend gesprochen worden. ·
Die Leitungen 11, 16 und 20 können hier flexible Abschnitte haben, mit denen sie der Schwenkung hin und her folgen.

Claims (8)

  1. DR-INCW BERNHARDT 6000 SAAKRRüi.Mh. Kobenhüttenweg 43
    ' ' 1 π. ι.-ro ν (Of.BiifCon
    PATENTANWALT
    Patentansprüche:
    l) Wärmetauscher zur Absorbierung der Luftwärme, insbesondere zur Speisung einer Wärmepumpe, mit von einem W ärmeübertragungsmed ium durchflossenen Lamellen, dadurch gekennzeichnet.j daß die Lamellen (7) senkrecht oder geneigt ausgerichtet sind.
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (7) in der Hauptwindrichtung, insbesondere in West-Ost-Richtung, ausgerichtet sind.
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er um eine senkrechte Achse (2) schwenkbar und mittels eines gesteuerten Antriebs der Windrichtung nachführbar ist.
  4. 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Ventilationseinrichtung (10) zur Beströmung mit der Luft aufweist.
  5. 5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4,. dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (7) mit einem Material von geringem Reibungskoeffizienten beschichtet sind. .
  6. 6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er, vorzugsweise in Baueinheit (3), mit einem Sonnenkollektor (5) kombiniert ist, der ihm in Fließrichtung des Wärmeübertragungsmediums nachgeschaltet ist.
  7. 7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Baueinheit (3) in an sich bekannter Weise um eine senkrechte oder leicht nach Norden geneigte Achse schwenkbar und dem Sonnenlauf nachführbar ist.
  8. 8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Ventilationseinrichtung einen unter dem Sonnenkollektor (5) angeordneten Ventilator (10) aufweist, der gegen die; zum Ventilator hin ansteigende, Unterseite des Wärmetauschers (U) gerichtet ist, an der vorzugsweise in die Lamellenzwischenräume (6) hineinleitende Schöpfbleche und/oder seitliche Leitbleche angeordnet sind. ·
    — 3 —
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