DE3048513A1

DE3048513A1 - "vorrichtung zur nutzung von umgebungsenergie zu heizzwecken"

Info

Publication number: DE3048513A1
Application number: DE19803048513
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. 3000 Hannover Busch; Klaus Dipl.-Ing. 3008 Garbsen Schimmelpfennig
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1982-07-22

Description

Kabel- und Me ta 1 1 w e r k e Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1-1791 18.12.80

Vorrichtung zur Nutzung von Umgebungsenergie zu Heiz-

zwecken

Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 30 14 546.1 vom 16.04.80)

Im Hauptpatent ist eine Vorrichtung zur Nutzung von Umgebungsenergie zu Heizzwecken mittels einer Wärmepumpenanlage beschrieben, bei welcher in einem der Atmosphäre ausgesetzten Wärmetauscher das Arbeitsmedium (Wärmeträger) durch die Umgebungsenergie erwärmt wird, und die dabei aufgenommene Energie durch den Wärmepumpenprozeß ausgenutzt wird, wobei der Wärmetauscher aus mindestens zwei im wesentlichen horizontal angeordneten Platten aus Metallblech besteht, in dem mehrere in Längsrichtung der Platten verlaufende Kanäle zur Führung des Arbeitsmediums (Wärmeträgers) integriert sind, und die Platten in Querrichtung der Kanäle gewölbt oder dachartig und/oder geneigt zur Horizontalen ausgebildet sind, und der Abstand zweier benachbarter Platten an jeder Stelle nahezu gleich ist und mindestens 100 mm beträgt.

Derartige Kompaktwärmetauscher kommen immer dann zum Einsatz, wenn, wie es zum Beispiel bei Hochhäusern der Fall

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ist, die vorhandene Dachfläche nicht ausreicht, genügend Wärmetauscherfläche dachseitig unterzubringen. Die Kompaktwärmetauscher können dann in unmittelbarer Nähe des zu beheizenden Gebäudes aufgestellt werden.

Durch die vorliegende Erfindung soll die Vorrichtung zur Nutzung von Umgebungsenergie nach dem Hauptpatent dahingehend verbessert werden, daß der Wärmetauscher in sich wesentlich stabiler ausgebildet wird, und darüber hinaus • die Tragkonstruktion für die Platten am Wärmetausch teilnimmt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß an den Längskanten der Metallplatten Metallrohre in gut wärmeleitendem Kontakt zur Metallplatte angebracht sind, daß die Enden der Kanäle mittels kurzer mechanisch stabiler Rohrstücke mit einem parallel zu den Querkanten verlaufenden Rohr verbunden sind, und daß sowohl die Längsrohre als auch die Querrohre endseitig in vertikal angeordnete Rohre münden. Insbesondere die in Längsrichtung verlaufenden Rohre verhindern ein Durchbiegen der Metallplatten. Die in Querrichtung verlaufenden Rohre unterstützen die Wölbung der Metallbleche und stützten diese bei Schneelasten. Dadurch, daß auch die vertikal angeordneten Rohre der Tragkonstruktion vom Wärmeträger durchstänt sind, nehmen diese in gleicher Weise am Wärmetausch teil. Dadurch erhöht sich die Wärmetauscherfläche des Wärmetrauschers, ohne daß seine räumliche Ausdehnung zunimmt.

Nach einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung sind die Querrohre zumindest an einem Ende der Metallplatte in ihrem auf dem höchsten räumlichen Niveau gelegenen Bereich untereinander durch ein vertikal verlaufendes Metallröhrchen verbunden, an dessen oben gelegenen Ende ein Entlüftungsventil angebracht ist. Dadurch wird in besonders einfacher Weise eine Entlüftungsmöglichkeit für die Wärme-

tauscherplatten gegeben. Die Längsrohre sind von dem Metallblech im Kantenbereich nahezu vollständig umhüllt. Diese Umhüllung ist sowohl kräftemäßig als auch im Hinblick auf den Wärmeübergang \dLlständig ausreichend. Der Abstand der Längsrohre von dem ihm benachbarten Kanal der Metallplatte sollte annähernd gleich dem Abstand der Kanäle untereinander sein. Mit besonderem Vorteil besitzen zwei diagonal gegenüberliegende Vertikalrohre je einen Anschluß, an den die Vorlauf- oder Rücklaufleitung der wärmepumpenanlage anschließbar ist. Bei der Inbetriebnahme werden lediglich diese beiden Anschlüsse hergestellt. Dadurch, daß die Anschlüsse an diagonal gegenüberliegenden Vertikalrohren angeordnet sind, ergibt sich, daß die Wege, welche der Wärmeträger zurücklegen muß, überall gleich sind, unabhängig davon, durch welchen Kanal der Metallplatte der Wärmeträger strömt. Der Innendurchmesser der Längsrohre ist größer als der Durchflußquerschnitt eines Kanals und ist durch eine angebaute Blende dem hydraulischen Druckverlust der Kanäle angepaßt. Der größere Durchflußquerschnitt ist notwendig, um den Metallplatten eine höhere Stabilität zu verleihen. Die Blende dient dazu, die Durchströmung der Längsrohre der Durchströmung der Kanäle anzugleichen. Der innere Durchmesser der Querrohre ist mindestens gleich groß oder größer als der innere Durchmesser eines einzelnen Kanals.

Die Erfindung ist anhand des in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der Wärmetauscher gemäß der Lehre der Erfindung besteht aus einer Vielzahl von Metallplatten 2, von denen nur die oberste dargestellt ist und die darunterliegenden in gestrichelter Ausführung angedeutet sind. Die Platten 2 bestehen aus relativ dünnwandigem Kupferblech von beispielsweise 0,5 bis 1 mm Wanddicke, in welches Kanäle 3 nahtlos integriert sind. Die Enden der Kanäle 3 sind über Rohrstücke 12 mit einem Kupferrohr 13 mediumleitend verbunden, welches mit einer

Krümmung versehen ist, die der Wölbung der Metallplatten entspricht. An den Längskanten der Metallplatten 2 sind Kupferrohre 14 vom Randblechbereich der Metallplatten umhüllt. Sowohl durch die Querrohre 13 als auch durch die Längsrohre 14 ist jede Metallplatte 2 in sich stabilisiert, so daß sie mechanische Belastungen aufnehmen kann. Aus diesem Grunde sind die Querschnittsabmessungen der Quer- und Längsrohre 13 und 14 größer ausgebildet als zum Beispiel der Durchflußquerschnitt der Kanäle 3.

Jede so in sich stabilisierte Metallplatte 2 ist in vertikalen Kupferrohren 1 gehaLtert, in dem die Enden der Querrohre und der Längsrohre 13 und 14 in die Rohre 1 münden und dort flüssigkeitsdicht verlötet oder verschweißt sind. An den höchsten Stellen der Wölbung der Querrohre 13 sind diese über ein dünnes Leitungsröhrchen bzw. über dünne Rohrstückchen 15 verbunden, an deren oberen Ende ein Entlüftungsventil 16 angebracht ist. An zwei diagonal gegenüberliegenden Vertikalrohren 1 sind Anschlußmöglichkeiten für den Vorlauf bzw. Rücklauf der Wärmepumpenanlage angedeutet. An den Anschluß 17 wird der Vorlauf, an den Anschluß 18 der Rücklauf angeschlossen. Der Wärmeträger der Wärmepumpenanlage, zum Beispiel ein Wasser-Glykolgemisch,fließt dann vom Anschluß 17 durch das Kupferrohr 1 in das mit diesem verbundene Längsrohr bzw. das Querrohr 13, von wo es über die Rohrverbindungsstücke 12 in die Kanäle 3 und von dort über die Rohrstücke 12 in das Querrohr 13 und von dort in das Vertikalrohr zum Rücklauf 18. Die einzelnen Rohrquerschnitte sind so aufeinander abgestimmt, daß in den Kanälen 3 sowie in den Längsrohren 14 die gleiche Wärmeträgermenge strömt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß alle Teile, auch die tragenden, Teile des Wärmetauschers am Wärmetausch selbst teilnehmen.

Die Figur 2 zeigt den Randbereich einer Kupferplatte 2 mit einem integrierten Kanal 3 und dem Längsrohr 14, welches vom Randbereich des Kupferbleches umhüllt ist.

Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das Längsrohr 14, in welches zum Ausgleich der hydraulischen Verluste eine Drossel bzw. eine Blende 19eingesetzt und zum Beispiel durch Körnen befestigt ist. Die Drossel 19 hat einen wesentlich geringeren Durchflußquerschnitt als das Rohr 14 und ist so bemessen, daß der hydraulische Druckverlust in jedem Längsrohr 14 dem hydraulischen Druckverlust in den Kanälen 3 exakt entspricht.

Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1-1791 18.12.80

Patentansprüche

Vorrichtung zur Nutzung von Umgebungsenergie zu Heizzwecken mittels einer Warmepumpenanlage, bei welcher in einem der Atmosphäre ausgesetzten Wärmetauscher das Arbeitsmedium durch die Umgebungsenergie erwärmt wird, und die dabei aufgenommene Energie durch den Wärmepumpenprozeß ausgenutzt wird, wobei der Wärmetauscher ' aus mindestens zwei im wesentlichen horizontal angeordneten Platten aus Metallblech besteht, in dem mehrere in Längsrichtung der Platten verlaufende Kanäle zur Führung des Arbeitsmediuir.s integriert sind, und die Platten in Querrichtung der Kanäle gewölbt oder dachartig und/oder geneigt zur Horizontalen ausgebildet sind und der Abstand zweier benachbarter Platten an jeder Stelle nahezu gleich ist und mindestens 100 mm beträgt, nach Patent ... (Patentanmeldung P 30 14 546.1 vom 16.04.80), dadurch gekennzeichnet, daß an den Längskanten der Metallplatten (2) Metallrohre (14) in gut wärmeleitendem Kontakt zur Metallplatte (2) angebracht sind, daß die Enden der Kanäle (3) mittels kurzer mechanisch stabiler Rohrstücke (12) mit einem parallel zu den Querkanten verlaufenden Rohr (13) verbunden sind

und daß sowohl die Längsrohre (14) als auch die Querrohre (13) endseitig in vertikal angeordnete Rohre (1) münden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrohre (13) zumindest an einem Ende der Metallplatte (2) in ihrem auf dem höchsten räumlichen Niveau gelegenen Bereich untereinander durch ein vertikal verlaufendes Metallröhrchen (15) verbunden sind, an dessen obengelegenem Ende ein Entlüftungsventil (16) angebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrohre (14) von dem Metallblech im Kantenbereich nahezu vollständig umhüllt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diagonal gegenüberliegende Vertikalrohre (1) je einen Anschluß (17,18) besitzen, an den die Vorlauf- oder Rücklaufleitung der Warmepumpenanlage anschließbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Längsrohre (14) aus Stabilitätsgründen größer ist als der Durchflußquerschnitt eines Kanals (3) und durch eine eingebaute Blende (19) dem hydraulischen Druckverlust der Kanäle (3) angepaßt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet. daß der innere Durchmesser der Querrohre (13) mindestens gleichgroß oder größer als der innere Durchmesser eines einzelnen Kanals (3) ist.