DE3246919A1

DE3246919A1 - Waermetauscher aus kunststoff

Info

Publication number: DE3246919A1
Application number: DE19823246919
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: IDUSO GmbH
Current assignee: IDUSO GmbH
Priority date: 1982-12-18
Filing date: 1982-12-18
Publication date: 1984-06-20

Description

Wärmetauscher aus Kunststoff
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus Kunststoff, insbesondere für die Gewinnung von Solar- oder Abwärme.
Wärmetauscher aus Kunststoff sind an sich bekannt. Sie werden in der Regel dort verwendet, wo die zum Wärmeaustausch be-0 nutzten Medien.im Temperaturbereich von ca. - 30 C bis ca.
+ 120 OC liegen. Ein Beispiel dafür ist die direkte Nutzung von Sonneneinstrahlung auf dem Dach durch Absorber aus PE-Rohren. Kunststoffrohre, die der Solarstrahlung direkt ausgesetzt sind, müssen allerdings UV-beständio sein. Sie haben daher wegen der hierfür erforderlichen Wandstärken und der Kunststoffen eigenen schlechten Wärmeleitung einen geringen Wirkungsgrad. Außerdem ist ihre Lebensdauer im Verhältnis zu den Investitionskosten niedrig. Auch werden häufig von den Aufsichtsbehörden aus ästhetischen Gründen besondere Auflagen gemacht, die eine uneingeschränkte direkte Ausnutzung von Solarenergie durch außen auf der- Dachfläche angebrachte Wärmetauscher erschweren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe-zugrunde, anstelle der oder zusätzlich zur direkten Nutzung der Sonnenstrahlung die im Innenbereich, z.B. hinter einer Metallfassade, in einer Dachkuppel oder auf dem Spitzboden eines Hauses anfallende Solar-oder .sonstige Abwärme zu nutzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Wärmetauscher-System mit dünnwandigen PVC-Rippenrohren verwendet wird, die an den vorgenannten Stellen im Luftraum angeordnet werden können. Um einen besonders hohen Wirkungsgrad zu erzielen, sind dabei die Rippen so ausgeformt, daß ihre Fläche unter Berücksichtigung der erforderlichen Drucksicherheit und Formbeständigkeit im Verhältnis zum Rohrvolumen möglichst groß ist. Vorzugsweise sind die Rippen des Wärmetauschers hohl und zum Rohr hin offen, damit das im Rohr strömende Medium überall durch die membranartige Rippen- bzw. Rohrwana hindurch mit möglichst geringem Wärmewiderstand Enerqie aufnehmen kann.
Dies geschieht nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung insbesondere dadurch, daß die Rippenachse zur Längsachse des Rohres nicht wie üblich senkrecht steht, sondern mit dieser einen Neigungswinkel von weniger als 90 Grad einschließt. Die das Rohr durchströmende Flüssigkeit trifft an den Innenkanten der offenen Rippen auf einen unterschiedlichen Widerstand, dringt an den Stellen mit dem in Rohrrichtung größeren Strömungswiderstand verstärkt in die Rippen ein und fließt an den Stellen mit dem geringeren Widerstand verstärkt aus den Rippen in das Innenrohr zurück. Hierdurch tritt eine günstige Durchströmung der hohlen Rippen ein.
Der dadurch insgesamt etwas größere Strömungswiderstand im Wärmetauscher ist unbedeutend, da die Durchflußgeschwindigkeit insgesamt niedrig gehalten wird.
Die bei Verwendung von dünnwandigem PVC-Rohr einzuhaltende Temperaturuntergrenze von - 10 OC wird dadurch nicht unterschritten, daß nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Anlage mittels eines Ventils zugleich mit der Ausschaltung der Umwälzpumpe belüftet wird und dadurch das Fluid in einen an der untersten Stelle befindlichen Auffangbehälter, der wärmeisoliert ist, entleert wird. Auf diese Weise bleibt die Anlage, wenn sie außer Betrieb ist, leer-, druck- und spannungslos, so daß keine Beschädigung durch Frosteinwirkung eintreten kann. Ein Überschreiten der bei Verwendung von dünnwandigem PVC-Rohr mit 70 OC niedrig liegenden Obergrenze wird dadurch vermieden, daß ein besonders großer Wärmespeicher, der für hinreichende Wärmeabfuhr sorgt, zwischengeschaltet ist, oder daß der Raum, in dem sich die Wärmetauscheranlage befindet, bei Überschreiten der Grenztemperatur mittels Thermostatregelung automatisch entlüftet, kühlere Außenluft zugeführt und so die Anlage heruntergekühlt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es möglich ist, durch den Einbau im Innenbereich auf UV-Beständigkeit zu verzichten, was geringeren Materialeinsatz, niedrigere Anschaffungskosten und höhere Lebensdauer der Rippenrohre bewirkt. Die sich hinter der Fassade, in der Dachkuppel oder im Spitzboden reichlich ansammelnde Wärme bringt zwar nicht die hohen Temperaturen, wie sie bei direkter Solarstrahlung auf Sonnenkollektoren erreicht werden.
Aber sie ist besonders extensiv vorhanden und kann insbesondere auch dann noch genutzt werden, wenn die direkte Sonneneinstrahlung aufgehört hat oder die Sonne in einen ungünstigeren Winkel zum Kollektor bzw. Absorber gewandert ist oder die Sonneneinstrahlung zeitweilig unterbrochen wurde.
Leichte Montage und gute Wartungsbedingungen kommen hinzu.
Die trotz nur indirekter Solarenergienutzung erstaunlich hohe Leistung, die geringen Investitions- und die besonders niedrigen Wartungskosten machen den Einsatz dieses Wärmetauscher-Systems, wie Erfahrungen und Messungen gezeigt haben, zur Erwärmung von Schwimmbädern, in Verbindung mit Brauchwasser-Vorwärmungsanlagen oder in Wärmepumpensystemen besonders wirtschaftlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 den Teil eines Rippenrohres, dessen Rippen schräg zur Rohrachse stehen Figur 2 den Teil eines Rippenrohres, dessen Rippe eine fortlaufende, schräge, hohle Spirale bildet Figur 3 das Wärmetauschersystem, wie es auf einem Spitzboden angebracht ist, im Schnitt Figur 4 das Schema eines offenen Wärmetauschersystems mit Entleerungsventil Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besteht gemäß Figur 1 aus einem Rippenrohr 1, das aus Hart-PVC gefertigt ist, mit einer schräg zur Rohrachse angeordneten hohlen Rippe 2. Es hat sich gezeigt, daß ein besonders günstiger Wärmeübergang erzielt werden kann, wenn die Rippen 2 des Wärmetauscherrohrs 1 schräg angeordnet sind, d.h. wenn die Ebene 3 der Rippe 2 einen Winkel « mit der Rohrachse 4 einschließt, der an der in Figur 1 dargestellten Stelle kleiner als 90 Grad ist. Die Hauptströmung im Wärmetauscherrohr, die zunächst in Richtung der Achse 4 erfolgt, wird in den Rippen in verschiedenartige Strömungen 5 zerlegt, was einen besonders günstigen Wärmeübergang von den Rippeninnenwänden zum im Rohr strömenden Fluid bewirkt.
Wie in Figur 2 dargestellt, kann das Rippenrohr 1 mit einer schrägen spiralig fortlaufenden Rippe 2" versehen sein. Durch die Schrägstellung um den Winkel ff zur Rohrachse wird der Wärmeübergang vom äußeren luftförmigen Medium auf~das im Wärmetauscher strömenden Fluid 5' verbessert.
Figur 3 zeigt ein Anordnungsbeispiel der Wärmetauscherrohre unter dem Dachgiebel. Die Dachsparren 6 tragen die Wärmetauscherrohre, die mittels der Halterung 7' zu Wärmetauscherbatterien 7-zusammengefaßt sind. Hier sei darauf hingewiesen, daß auch die nachträgliche Anbringung an vorhandenen Dächern möglich ist, weil die Umwälzpumpe bei Kälte ausgeschaltet wird, wodurch, wie bereits erwähnt wurde, über das Ventil 12 gemäß Figur 4 Luft in das System eintritt und das Wärmetauschermedium in den Sammler 11 zurückfließt. Die Dachkonstruktion ist also im Winter nicht wesentlich belastet, so daß sie dem berechneten Schneedruck gewachsen ist. Gegen Wasserschäden bei Undichtigkeit der Wärmetauscherrohre schützt eine Folie 9, die unterhalb der dXrmetausctwerbatterien liegt und in die Wasserrinne 10 einmündet.
Figur 4 zeigt im übrigen.eine Möglichkeit der Anordnung einer Anlage zur Gewinnung von Solarwärme im Niedrigtemperaturbereich. Darin bezeichnet Kennziffer 8,den Wärmetauscher unter dem Dachfirst. Ziffer 11 kennzeichnet den teiloffenen WSrmespeicher (Sammler) mit Wärmetauscher 14 für die Brauchwasservorwärmung. Ziffer 15 bezeichnet die Umwälzpumpe, Ziffer 16 die Steigleitung. Die Anlage eignet sich gut zur Schwimmbaderwärmung, zur Brauchwasservorwärmung für den Haushalt über einen zweiten Wärmetauscher oder auch zur Übergangsheizung ggf mittels Wärmepumpe, wobei gleichzeitig eine im Sommer recht erwünschte Kühlung des Dachgeschosses erreicht wird.
Leerseite

Claims

Wärmetauscher aus Kunststoff Mce Wärmetauscher aus Kunststoff, insbesondere für die Gewinnung von Solarwärme, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente des Wärmetauschers aus dünnwandigem flexiblen Hart-PVC-Rippenrohr (1) bestehen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rippen (2) des Rippenrohres (1) mit einem Neigungswinkelo<, der kleiner als 90 Grad ist, gegen die Rohrachse (4) geneigt sind.
3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (2) hohl ausgebildet und der Hohlraum des Rohres (1') mit dem Innenraum der Rippen (2') verbunden sind.
4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (2) fortlaufend schraubenförmig um das Rippenrohr (1) gewickelt ist.
5. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus mehreren von einem Verteilunssrohr ausgehenden und jeweils in ein Sammelrohr einmündenden Rippenrohren (7) besteht, wobei sämtliche Rippenrohre durch Abstandshalter (7') in einer zueinander etwa parallelen Lage gehalten werden.
6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der höchsten Stelle (13) in das Rohrsystem ein sich bei Ausschalten der Umwälzpumpe zur Entleerung der Anlage selbsstätig öffnendes Lufteinlaßventil (12) eingebaut ist.