DE3202201C2 - Plattenwärmetauscher für Luft/Wärmeträgermedium und/oder Erdreich/Wärmeträgermedium-Wärmepumpen - Google Patents

Abstract

Es wird ein aus Kunststoffplatten gefertigter für insbesondere Luft/Wärmeleitmedium- und Erdreich/Wärmeleitmedium-Wärmetauscher für Wärmepumpen ausgebildeter Wärmetauscher angegeben. Er weist einen Zulauf- und einen Ablaufraum sowie diesen zugeordnet einen Verteilerraum bzw. einen Sammelraum auf, die über eine einzige Öffnung mit dem Zulauf- bzw. Ablaufraum und über zahlreiche Durchtritte mit dem Hohlraum zwischen den Kunststoffplatten in Verbindung stehen. Wärmetauscher dieser Art sind über die Ablauf- und Zulaufräume miteinander verbindbar. Bei einem Verfahren zur Verlegung von Wärmetauschern ins Erdreich wird das Erdreich bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 m mit einer Breite von etwa 5 cm geschlitzt und wird dann der Wärmetauscher darin verlegt. Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Schlitzvorrichtung aus zwei getrennten im wesentlichen identischen Schlitzwänden (21, 22), die über in Führungsnuten (25) führbare Stützeinrichtungen beim Einrammen mittels üblicher Rammgeräte miteinander verbindbar sind. Am Unterende sind beim Einrammen Randabschnitte (23 bzw. 24) keilartig mit einander verbunden, während sie beim Herausziehen der Schlitz wände in die Ebene der Schlitzwände klappbar sind und damit an in den zwischen den Schlitzwänden gebildeten Erdschlitz eingesetzten Wärmetauschern vorbei herausziehbar sind. Dabei ist zweckmäßig ein Einschwemmen des ein gesetzten Wärmetauschers in den Erdschlitz durchführbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für Luft/Wärmeträgermedium- und/oder Erdreich/ Wärmeträgermedium-Wärmepumpen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Plattenwärmetauscher dieser Art ist aus dem DE-GM 78 24 684 bekannt. Bei diesem Plattenwärmetauscher sind durch in Strömungsrichtung des Wärmetauschmediums zwischen dem Zulaufraum und dem Ablaufraum verlaufende Stege gebildet, so daß parallele Kanäle zwischen den Kunststoffplatten gebildet sind. Diese Kanäle sind über jeweils zugeordnete Durchtritte in Strömungsverbindung mit dem Zulauf- bzw. Ablaufraum. Bei derartigen Plattenwärmetauschern ist eine Aneinanderreihbarkeit im allgemeinen nicht erforderlich; gegebenenfalls wird sie mittels üblicher Rohrleitungsverbindungen erreicht, doch ergeben sich dabei Probleme bei der Verteilung des Wärmetauschmediums.

Ein diesem Plattenwärmetauscher ähnlicher Plattenwärmetauscher, bei dem rohrförmige Durchflußkanäle vorgesehen sind, ist bei einem Luft/Wärmeträgermedium-Wärmetauscher für Sonnenkollektoren bekannt (DE-OS 25 28 267). Eine serielle und/oder parallele Anordnung solcher Plattenwärmetauscher erfolgt mittels gesonderter Samrnelrohre, die gesondert zu verlegen sind.

Ferner sind zahlreiche unterschiedliche Wärmetauschertypen aus der DE-OS 24 25 261 bekannt, darunter ein Plattenwärmetauscher mit Stegen, die parallele Strömungskanäle erreichen. Andere Wärmetauscher weisen stiftartige Elemente oder Stege mit Unterbrechungen auf. Bei übereinander gestapelten Wärmetauschelementen dieser Art, die über Abstandsstreifen vor: einander beabstandet vorgesehen sind, sind diese jeweils einer der Platten der benachbarten WärmetauEchelemente verschweißt.

Ferner ist es bei Plattenwärmetauschern aus glatten oder profilierten Stahlplatten, die parallele Kanäle enthalten, bekannt, den Zulauf- oder Ablaufraum gleichzeitig als Verteüerraum auszubilden(DE-GM !9 77 95!).

Bei Luft/Wärmeträgermedium- und/oder Erdreich/ Wärmeträgermedium-Wärmepumpen wird Umgebungswärme für Heizzwecke ausgenutzt. Herkömmliche Wärmetauscher für diesen Zweck bestehen aus Wärmeschlangen, die mittels umständlicher Erdarbeiten, insbesondere Auszuarbeiten, in das Erdreich einzubringen sind bzw. die hinter einer Fassadenverkleidung zwischen Fassade und Verkleidung an einem Gebäude angeordnet werden oder auch im Freien aufgestellt werden. Der Wirkungsgrad derartiger Wärmetauscher ist nicht besonders hoch, da die in der Umgebung vorhandene Wärmemenge nur geringfügig ausgenutzt werden kann. Auch bei den erwähnten bekannten Plattenwärmetauschern für andere Zwecke ist die Ausnutzung der verfügbaren Wärmeenergie noch nicht optimal. Dabei ist ferner zu berücksichtigen, daß die Verlegung der Wärmetauscher sehr einfach möglich sein muß, da im allgemeinen zahlreiche derariige Wärmetauscher seriell angeordnet werden müssen.

Um die in der Umgebung vorhandene Wärmemenge optimal ausnutzen zu können, kommt es sehr wesentlich auf die Strömungsverhältnisse im Inneren des Wärmetauschers an. Ferner kommt es wesentlich darauf an, Strömungsverbindungen zwischen aneinanderanzureihenden Wärmetauschern möglichst kurz, jedoch so einfach wie irgendmöglich zu machen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Plattenwärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einer Serienschaltung der einzelnen Wärmetauscherelemente, die Verteilung des Wärmetauschmediums im Plattenhohlraum bei allen Elementen gleich gut gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Die Zulauf- und die Ablaufräume benachbarter Wärmetauscher können über Rohrstutzen praktisch direkt miteinander verbunden werden, ohne daß dies irgendwelche Einflüsse auf das Strömungsverhalten des Wärmeleitmediums im Inneren des Hohlraumes hat. Dies wird auch durch die zusätzlichen Verteiler- bzw. Sammelräume erreicht. Dadurch wird das Wärmeleitmedium sehr gleichmäßig auf den Hohlraum verteilt. Die Verteilung wird durch eine Aneinanderreihung von Wärmetauschern nicht beeinflußt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dar-

gestellten Ausführungsbeispiele naher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in Aufsicht einen Plattenwärmetauscher,

Fig.2den Schnitt H-Il in Fig. 1,

F i g. 3 in Ansicht einen Plattenwärmetauscher gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

F i g. 4 den Schnitt IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 eine Ansicht einer bandförmigen Aneinanderreihung von Plattenwärmetauschern gemäß Fig. 1.

F i g. 1 und 2 zeigen einen Plattenwärmetauscher 1 für Luft/Wärmeträgermedium- und/oder Erdreich/Wärmeträgermedium-Wärmepumpen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Plattenwärmetauscher 1 besteht aus zwei im wesentlichen rechteckförmigen Kunststoffplatten 2 bzw. 3, die sich mit geringe"! Abstand gegenüberliegen. Die Kunststoffplatten 2 und 3 sind längs ihrer Ränder dicht miteinander verbunden, beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen.

Längs eines Randes ist ein Zulaufraum 4 abgetrennt, der über eine Öffnung 5 mit einem Verteilerraum 6 in Verbindung steht, der wiederum über zahlreiche kleine Durchtriite 7 mit dem Hohlraum 8 in Verbindung steht, der zwischen den beiden Kunststoffplatten 2 und 3 gebildet ist. Längs dem gegenüberliegenden Rand ist ein Ablaufraum 9 abgetrennt, der über eine Öffnung 10 mit einem Sammelraum 11 in Verbindung steht, der wiederum über zahlreiche Durchtritte 12 mit dem Hohlraum 8 in Verbindung steht. Die Öffnungen 5 und 10 liegen sich diametral gegenüber.

In dem Hohlraum 8 befinden sich Abstandshalter 13, die die beiden Kunststoffplatten 2,3 gegeneinander zum Aufrechterhalten des Abstandes abstützen und Umlenkeiemente zum Erreichen einer turbulenten Strömung des Wärmeleitmediums bilden. An einem Ende des Zulaufraums 4 mündet ein Rohrstutzen 14 zur Zufuhr eines Wärmeträgermediums. Diagonal gegenüberliegend mündet in den Ablaufraum 9 ein Rohrstutzen 15. Das andere Ende des Zulaufraums 4 und des Ablaufraums 9 kan durch einen Verschlußstopfen verschlossen sein, wie das für den Ablaufraum 9 dargestellt ist, der durch einen Verschlußstopfen 16 an dem dem Rohrstutzen 15 gegenüberliegenden Ende verschlossen ist.

Weiter ist in Strichlinien dargestellt, daß an den Plattenwärmetauscher 1 ein weiterer identischer Plattenwärmetauscher 1 anschließbar ist, und zwar derart, daß dessen Rohrstutzen 14 in das dem Rohrstutzen 14 des ersten Plattenwärmetauschers 1 gegenüberliegende Ende des Zulaufraums 4 eingesetzt ist, während der Rohrstutzen 15 im Ablaufraum 9 des ersteren Plattenwärmetauscher 1 in das dem Rohrstutzen 15 entgegengesetzte Ende des Ablaufraums 9 des anderen Plattenwärmetauschers 1 eingesetzt ist. Auf diese Weise bildet die Folge der Zulaufräume 4 und Ablaufräume 9 eine Zulaufleitung und eine Ablaufleitung, zwischen denen die einzelnen Plattenwärmetauscher 1 angeschlossen sind.

In der Praxis haben die Kunststoffplatten 2,3 für den Plattenwärmetauscher 1 Abmessungen von etwa 720 mal 400 mm.

Die Fig.3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, bei der zwei gleichartige Plattenwärmetauscher so miteinander verbunden sind, daß mittig ein einziger Ablaufraum gebildet ist, wobei für beide Plattenwärmetauscher la und 16 ebenfalls nur zwei Kunststoffplatten 2 bzw. 3 verwendet sind. Entsprechend den vorerwähnten Abmessungen weist dieser Doppel-Wärmetauscher Abmessungen in der G-ößenordnung von 1420 mal 400 mm auf.

Der erste Plattenwärmetauscher la weist einen Zulaufraum 4a auf, der über eine Öffnung 5a mit dem Verteilerruum 6a in Verbindung steht, der wiederum über zahlreiche Durchtritte 7a mit dem Hohlraum 8a in Verbindung steht. Dieser steht über viele kleine Durchtritte 12a mit dem Sammelraum 11a in Verbindung, der seinerseits über die Öffnung 10a mit dem Ablaufraum 9 in Verbindung steht, in den der Rohrstutzen 15 mündet. Der zweite Plattenwärmetauscher Xb weist am entgegengesetzten Rand der Gesamtanordnung einen Zulaufraum 4b auf, der über eine Öffnung 5b mit dem Verteilerraum 60 in Verbindung steht, der wiederum über Durchtritte 7b mit dem Hohlraum Sb in Verbindung steht. Der Hohlraum 8b steht über Durchtritte 12b mit dem Sammelraum Wb in Verbindung, der wiederum über eine Öffnung 106 mit dem einzigen, etwa mittigen, Ablaufraum 9 in Verbindung steht. Die Öffnungen 10a und 106der Plattenwärmetauscher la bzw. 16des Doppel-Wärmetauschers gemäß Fig.3 münden in den einzigen Ablaufraum 9 etwa diagonal gegenüberliegend. Weiter sind in die beiden Zulaufräu vj 4a und 4b ebenfalls Rohrstutzen 14a bzw. \4b eingesetzt

Es zeigt sich, daß Doppel-Wärmetauscher dieses Aufbaus in gleicher Weise aneinander anreihbar sird, wie die Einzel-Wärmetauscher 1 gemäß F i g. 1.

SoIcI .o Plattenwärmetauscher sind in mehrfacher Weise betreibbar.

Zunächst kann das Wärmeträgermedium über den Rohrstutzen 14a zugeführt und nach dem Wärmetausch im Plattenwärmetauscher la über den Rohrstutzen 15 abgeführt werden. Zusätzlich oder unabhängig davon kann ein vergleichbarer Wärmetausch durch Zufuhr eines Wärmeträgermediums über den Rohrstutzen 146 und durch den Plattenwärmetauscher 16 erfolgen, wobei das Wärmeträgermedium dann ebenfalls über den Rohrstutzen 15 abgeführt wird. Als weitere Maßnahme kann aber auch ein Wärmeträgermedium über den Rohrstutzen 14a zugeführt, durch den Plattenwärmetauscher la hindurch, zum Ablaufraum 9 und von diescm durch den anderen Plattenwärmetauscher 16 zum dann als Ablaufraum wirkenden Raum 46 geführt werden, wobei dann das Medium über den Rohrstutzen 146 abgeführt wird.

Ein Plattenwärmetauscher dieser Bauart hat Vorteile bei Erdreich/Wärmeträgermedium-Wärmepumpen, bei denen es bei bestimmten Betriebsarten zu Vereisung des Erdreichs kommen kann. Durch Wärmetransport in der zuletzt geschilderten Weise, d. h. Zufuhr eines warmen Wärmeträgermediums zum Rohrstutzen 14a und Abfuhr des durch Wärmeabgabe an das Erdreich abgekühlten Wärmeträpermediums über den Rohrstutzen 146, kann die Vereisung wieder beseitigt werden. Die verschiedenen Arbeitsweisen sind durch einfache externe Umschaltung erreichbar, wobei stets, auch bei aneinander angereihten Plattenwärmetauschern das Prinzip der Tichelmannschaitung aufrechterhalten bKiibt.

F i g. 5 zeigt eine besondere Ausführungsform, bei der die Aneinanderanreihung von im wesentlichen identischen Einzel-Wärmetauschern in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt, bei dem Kunststofibänder längs zweier Ränder 17 bzw. 18 fest miteinander verbunden werden, wobei längs dieser Ränder 17, 18 die Züladfräume 4|, 4ii, ... bzw. die Ablaufräume 9i, 9n, ... ausgebildet sind. Zur Abtrennung der verschiedenen Einzel-Wärme-

tauscher l_t, I₁₁ sind senkrecht zu den Rändern 17, 18

zwischen den miteinander fest verbundenen Zulaufräumen 4|, 4||. ... und den fest miteinander verbundenen Ablaufräumen 9. 9i. 9n feste Verbindunesabschnitte

I9|, I9||. ... gebildet. Diese Abschnitte I9|. 1% bcsit/en eine solche Breite, daß durdi Aufschneiden in diesen Verbindungsabschnitten I9|, I9n die ein/einen Wärmetauscher 11. In voneinander trennbar sind, wobei die voneinander getrennten Plattenwärmetauscher dort dicht verschlossene Rander aufweisen.

Auf diese Weise ist eine Fließbandfertigung von F.inzel-Wärmetauschern und auch, unter Verwendung des gleichen Prinzips, von Doppel-Wärmetauschern gemäß den F i g. J und 4. möglich, wobei die erforderliche Menge <in Einzel-Wärmetauschern bzw. Doppel-Wiirmetauschern durch Auftrennen längs geeigneter Verbindungsabschnitte 19 erfolgt. Selbstverständlich können, wie das anhand der I" i g. I b/\\. J erläutert worden ist. auch solche IJand-WärmeUiuseheranordniingen über Rohrstutzen 14, 15 bzw. 14.;. 15, I4i> miteinander verbunden werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

JlI

60

65

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher für Luft/Wärmeträgermedium und/oder Erdreich/Wärmeirägermedium-Wärmepumpen mh

zwei rechteckförmigen Kunststoffplatten (2, 3), die sich mit geringem Abstand gegenüberliegen und längs ihrer Ränder (17,18,19) dicht miteinander verbunden sind und zwischen sich einen Hohlraum (8) bilden, in dem Abstandshalter (13) zwischen den beiden Platten (2,3) vorgesehen sind,
einem längs eines Randes abgetrennten Zulaufraum (4) und einem längs des gegenüberliegenden Randes abgetrennten Ablaufraum (9) für das Wärmeleitmedium, die jeweils über viele kleine Durchtritte (7,12) in Strömungsverbindung mit dem Hohlraum (8) stehen und

in den Zulaufraum (4) und in den Ablaufraum (9) jeweils an eiccm Ende nach außen führend eingesetzten Rohrsurtzen(14.19), dadurch gekennzeichnet,

daß Zulauf- und Ablaufraum (4,9) je eine Öffnung (5, 10) durch den Trennabschnitt in den Hohlraum (8) aufweisen und daß jede Öffnung (5,10) in einen sich an den Zulaufbzw. Ablaufraum (4,9) anschließenden in dem Hohlraum jeweils ausgebildeten Verteiler- bzw. Sammelraum (6, 11) mündet, die jeweils die vielen kleinen Durchtritte (7,12) in den Hohlraum (8) aufweisen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Plattenwärmetauscher (la, lb)so in einer Eüene angeordnet miteinander verbunden sind, daß eh. einziger, etwa mittiger Ablaufraum (9) gebildet ist, der je L.jer eine Öffnung (10a, lO^durch den Trennabschnitt mit jedem Hohlraum (8a, Sb) in Verbindung steht.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei benachbarte Wärmetauscher (1) dadurch miteinander verbindbar sind, daß dc jeweils nach außen ragende Abschnitt der Rohrstutzen (14,15) eines Wärmetauschers (1) in das andere Ende des entsprechenden Zulauf- oder Ablaufraums (4,9) des jeweils nächsten Wärmetauschers (1) eingeführt ist.