DE3114297A1

DE3114297A1 - Koaxial-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3114297A1
Application number: DE19813114297
Authority: DE
Inventors: Rolf 5093 Burscheid Egger; Heinz 5216 Niederkassel Trierscheidt
Original assignee: FROELING KESSEL APP
Current assignee: FROELING KESSEL APP
Priority date: 1981-04-09
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1982-11-04

Description

DipUnq.W.Dahlko -

Dipl.-lng. H.-]. Lipport

Patentanwälte

Frankenforster Straße 137 _ , _n <iqqi

5060 BergisdS Gladbach 3 £/K

Fröling GmbH & Co.
Kessel-Apparatebau

Overath
"Koaxial-Wärmeaustauscher"

Die Erfindung betrifft einen Koaxial-Wärmeaustauscher, insbe- j sondere für Verdampfer oder Kondensatoren von Kälte- bzw. Wärme- ι pumpenanlagen, bestehend aus einem äußeren Mantelrohr aus ; Kupfer zur Aufnahme eines ersten Mediums sowie einer Kernrohr- ;

ι leitung zur Aufnahme eines zweiten Mediums. !

Bekannte Koaxial-Wärmeaustauscher, die in Kälte- bzw. Wärmepumpenanlagen verwendet werden, weisen als Kernrohrleitung ein ; koaxiales Kupferrohr auf, das zur Vergrößerung seiner Wärmeaustauscherfläche mit einer Außenberippung versehen ist. Der- ί

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artige Wärmeaustauscher haben eine gute Wärmeleitzahl und lassen sich problemlos zu Wickeln verformen, deren Durchmesser im Verhältnis zum Mantelrohrdurchmesser klein ist.

Beim Einsatz derartiger Wärmeaustauscher in modernen Wärmepumpen, die mit Brunnenwasser, Grundwasser oder sonstigen aggressiven Medien gespeist werden, reicht die Korrosionsbeständigkeit von Kupfer nicht aus. Man mußte daher dazu übergehen, die Kupferrohre mit Nickel- oder Zinn-Schutzschichten zu versehen. Derartige Beschichtungen haben aber den Nachteil, daß sie keinen absoluten Korrosionsschutz bieten, da bei Anwendung üblicher und wirtschaftlicher Beschichtungsverfahren keine hundertprozentig fehlerlose Beschichtung aufgebracht werden kann. Weiterhin werden durch Erosion oder Abrasion die Schutzschichten beschädigt, so daß unter Umständen eine höhere Korrosionsgefahr bestehen kann als bei unbeschichteten Kupfer-Werkstoffen. Ein besonderes Problem stellt die Korrosionsgefahr bei der Brauchwassererwärmung dar, da bei einem auftretenden Leck das in den Wärmeaustauscherrohren enthaltene Kältemittel und öl in das Brauchwasser eindringen könnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Koaxial-Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Vorzüge der Kupfer-Bauart beibehalten werden und daß darüber hinaus eine gute Korrosionssicherheit besteht.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kernrohrleitung aus Edelstahl besteht und zur Aufnahme des aggressiven Mediums vorgesehen ist. Das Kältemittel, das in der Regel fluorierter oder halogenierter Kohlenwasserstoff und somit chemisch neutral und nicht elektrolytisch ist, kann also problemlos durch den freien Raum zwischen dem Kupfer-Mantelrohr und der Edelstahl-Kernrohrleitung geführt werden, während das aggressive Brunnen- oder Grundwasser oder auch das Brauchwasser durch die Edelstahlleitung geführt wird.

Die an sich schlechte Verformbarkeit der Edelstahlrohre kann dadurch kompensiert werden, daß die Kernrohrleitung aus mehreren dünnen, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Edelstahlrohren besteht. Durch diese Konstruktion kann das Mantelrohr gemeinsam mit den die Kernrohrleitung bildenden dünnen Edelstahlrohren problemlos zu einem schraubenlinlenförmigen Wickel gebogen werden, dessen Durchmesser im Verhältnis zum Mantelrohrdurchmesser klein ist. Darüber hinaus wird durch die Verwendung eines Rohrbündels als Kernrohrleitung die Wärmeaustauscherfläche erheblich vergrößert, so daß dadurch die geringere Wärmeleitzahl von Edelstahl-Werkstoffen gegenüber " Kupfer kompensiert werden kann.

Damit die gesamte Oberfläche der die Kernrohrleitung bildenden Edelstahlrohre am Wärmeaustausch teilnehmen kann, sind die

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Edelstahlrohre vorzugsweise mit Abstandshaltern versehen, die die Rohre untereinander und zu der Innenwand des Mantelrohres auf Abstand halten. Als Abstandshalter können Ringe vorgesehen sein, die auf federn einzelnen Edelstahlrohr angeordnet sind. Diese Abstandshalter bewirken zugleich eine Turbulenzbildung und begünstigen eine Grenzschichtablösung, insbesondere der laminaren Grenzschicht auf den Oberflächen der Edelstahlrohre. Dadurch wird der Wärmeübergang noch erheblich verbessert. Die Abstandshalter können aus Edelstahl oder auch aus Kunststoff bestehen.

Vorzugsweise sind die Anschlußenden der Kernrohrleitung an beiden Enden aus dem Mantelrohr herausgeführt, so daß sämtliche Lot- und sonstigen Verbindungsstellen außerhalb des Mantelrohrs angebracht werden können. Dadurch ist gewährleistet, daß bei Undichtigkeiten der Lötnähte bzw. Verbindungsstellen kein Kältemittel und öl in das durch die Edelstahlrohre geführte Brauch- oder Brunnenwasser gelangen kann.

Die Rohre der Kernrohrleitung können an beiden Enden des Mantelrohrs in mit Durchgangslöchern versehenen, eingelöteten Scheiben gehalten sein. Alternativ können die Enden des Mantelrohrs auch eingezogen und mit dem äußeren Umfang der Kernrohrleitung verlötet sein.

Als Anschlüsse für das Mantelrohr können seitliche, radial in

das Mantelrohr mündende Stutzen vorgesehen sein. Alternativ können die Anschlüsse für das Mantelrohr auch als axiale Stutzen ausgebildet sein, die an die Enden des Mantelrohrs angeschlossen sind und zumindest im Bereich der Enden des Mantelrohrs parallel zu der Kernrohrleitung verlaufen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Koaxiai-Wärmeaustauscher, j teilweise im Schnitt, i

Fig. 2 eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers gemäß j

Fig. 1, I

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3,

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab ein anderes AusfUhrungsbeispiel des Ausgangs- bzw. Eingangsendes eines Wärmeaustauschers und

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Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 5.

In der Zeichnung ist ein Koaxial-Wärmeaustauscher dargestellt, der als Kondensator oder Verdampfer in einer Wärmepumpenanlage Kälteanlage verwendet werden kann.

Der Koaxial-Wärmeaustauscher besteht aus einem Mantelrohr 1 aus Kupfer sowie einer Kernrohrleitung 2, die aus mehreren dünnen, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Edelstahlrohren 3» 4 und 5 besteht. Die die Kernrohrleitung 2 bildenden Edelstahlrohre werden mit Hilfe von Abstandshaltern 6 untereinander und zu der Innenwand des Mantelrohrs 1 auf Abstand gehalten, wie insbesondere in Fig. 3 und 4 veranschaulicht. Als Abstandshalter dienen Ringe 7, 8 und 9 aus Edelstahl oder Kunststoff, die auf die einzelnen Edelstahlrohre 3» 4 und aufgesetzt sind. Die Ringe sitzen dabei auf den einzelnen Edelstahlrohren 3, 4 und 5 in gleichmäßigen Abständen verteilt und zueinander versetzt, so daß in einer einzelnen Querschnittsebene immer jeweils nur ein Ring vorhanden ist, der den Durchgangsquerschnitt nicht wesentlich verringert.

Das Mantelrohr 1 ist gemeinsam mit den die Kernrohrleitung 2 bildenden drei Edelstahlrohren 3» 4 und 5 zu einem engen, schraubenlinienförmigen Wickel verformt, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt. Aufgrund der beschriebenen Konstruktion kann ein

raumsparender Wickel hergestellt werden, dessen Durchmesser im Verhältnis zum Mantelrohrdurchmesser relativ klein ist. Die auf drei dünne Rohre 3, 4 und 5 aufgeteilte Kernrohrleitung 2 macht den Verformungsvorgang ohne weiteres mit.

Die Enden 10 und 11 des Mantelrohrs 1 sind durch hart verlötete Scheiben 12 verschlossen. Die Scheiben 12 sind mit Durchgangsbohrungen versehen, durch die die Anschlußenden 13 und 14 der Edelstahlrohre hindurchgeführt sind. Im Bereich der Durchgangsbohrungen sind die Edelstahlrohre mit der Scheibe durch eine Hartlotstelle fest und dicht verbunden.

Als Anschlüsse für das Mantelrohr 1 dient an jedem Ende des Mantelrohrs ein rohrförmiger Stutzen 15 bzw. 16, der ebenfalls durch die jeweilige Scheibe 12 hindurchgeführt und mit dieser hart verlötet ist. Im Bereich der Scheiben 12 verlaufen die Stutzen 15 bzw. 16 parallel zu den Edelstahlrohren 3, 4 und 5 und sind dann an ihren Anschlußenden nach innen umgebogen.

Die Anschlußenden 13 bzw. 14 der Edelstahlrohre 3, 4 und 5 sind noch ein Stück über die Scheibe 12 hinaus verlängert und sitzen an einem mit Innengewinde 17 versehenen, topfförmigen Anschlußstück 18 bzw. 19, durch dessen Boden 20 sie hindurchgeführt und hart in diesem verlötet sind. Die Lötstellen, die die Ausgangsquerschnitte der Anschlußenden 13 bzw. 14 der

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Edelstahlrohre 3, 4 und 5 gegenüber dem Anschlußstück abdichten, liegen also außerhalb des Mantelrohrs 1, so daß beim Auftreten von eventuellen Undichtigkeiten keine Verbindung zwischen der Kernrohrleitung 2 und dem Mantelrohr 1 hergestellt wird.

Bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Enden des Mantelrohrs 1 soweit eingezogen, daß die Innenfläche des Mantelrohrmaterials die Kernrohrleitung 2 eng umschließt. Die Dichtung erfolgt wiederum mit Hilfe einer Hartlötstelle.

Als Anschlüsse für das Mantelrohr 1 dient an Jedem Ende des Mantelrohrs 1 Je ein seitlicher Stutzen 21, der in einem Abstand von dem Jeweiligen Ende des Mantelrohrs angeordnet ist.

Im Betrieb wird der Koaxial-Wärmeaustauscher so geschaltet, daß die drei die Kernrohrleitung 2 bildenden Edelstahlrohre 3» 4 und 5 von dem aggressiveren Medium durchströmt werden. Wenn der Wärmeaustauscher beispielsweise als Verdampfer in einer Wärmepumpenanlage verwendet wird, die mit Brunnen- oder Grundwasser gespeist wird, so wird das in der Regel mehr oder weniger stark aggressive Speisewasser durch die Edelstahlrohre 3, 4 und 5 geleitet, während das neutrale Kühlmittel durch das Mantelrohr 1 geführt wird. Durch diese Schaltung der Anschlüsse werden nicht nur Korrosionen ausgeschaltet, sondern es wird auch zuverlässig verhindert, daß bei eventuellen Störungen

Kältemittel in das Speisewasser eindringen kann. Brunnen- oder Grundwasserverseuchungen können also hierbei nicht auftreten.

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Claims

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Dipl.-lng. W. DoHlke

Dipl.-ing. H.-]. Lippert

Patentanwälte
Frankenforster Straße 137
5060 Bergisch Gladbadi 3

7. April 1981 L/K

Fröling GmbH & Co.
Kessel-Apparatebau
Overath

Ansprüche

Koaxial-Wärmeaustauscher, insbesondere für Verdampfer oder Kondensatoren von Kälte- bzw. Wärmepumpenanlagen, bestehend aus einem äußeren Mantelrohr aus Kupfer zur Aufnahme eines ersten Mediums sowie einer Kernrohrleitung zur Aufnahme eines zweiten Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrohrleitung (2) aus Edelstahl besteht und zur Aufnahme des aggressiveren Mediums vorgesehen ist.

2. Koaxial-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrohrleitung (2) aus mehreren dünnen, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Edelstahlrohren (3» 4, 5) besteht.

3. Koaxial-Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (1) gemeinsam mit den die Kernrohrleitung (2) bildenden dünnen

Edelstahlrohren (3, 4, 5) zu einem schraubenlinienförmigen Wickel gebogen ist, dessen Durchmesser im Verhältnis
zum Mantelrohrdurchmesser klein ist.

4. Koaxial-Wärmeaustauscher nach Anspruch 2 oder 3»

dadurch gekennzeichnet, daß die
Edelstahlrohre (3, 4, 5) mit Abstandshaltern (6) versehen
sind, die die Edelstahlrohre untereinander und zu der
Innenwand des Mantelrohrs (1) auf Abstand halten.

5. Koaxial-Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Abstandshalter
Ringe (7, 8, 9) vorgesehen sind, die auf Jedem einzelnen
Edelstahlrohr (3, 4, 5) angeordnet sind.

6. Koaxial-Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch! gekennzeichnet, daß die Abstandsringe ΐ (7» 8» 9) aus Edelstahl bestehen. I

7. Koaxial-Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß die Abstandsringe ! (7, 8, 9) aus Kunststoff bestehen. I

8. Koaxial-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anschlußenden (13, 14) der Kernrohrleitung (2) an

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beiden Enden aus dem Mantelrohr (1) herausgeführt sind und die Lot- bzw. sonstigen Verbindungsstellen außerhalb des Mantelrohrs (1) angebracht sind.

9. Koaxial-Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahlrohre (3t ^, 5) der Kernrohrleitung (2) an beiden Enden des Mantelrohrs in mit Durchgangslöchern versehenen, eingelöteten Scheiben (12) gehalten sind.

10. Koaxial-Värmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Mantelrohrs (1) eingezogen und mit dem äußeren Umfang der Kernrohrleitung (2) hart verlötet sind.

11. Koaxial-Värmeaustauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlüsse für das Mantelrohr (1) seitliche, radial in das Mantelrohr mündende Stutzen (21) vorgesehen sind.

12. Koaxial-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlüsse für das Mantelrohr (1) axiale Stutzen (15, 16) vorgesehen sind, die an die Enden des Mantelrohrs (1) angeschlossen sind und zumindest im Bereich der Enden des Mantelrohrs parallel zu der Kernrohrleitung (2) verlaufen.