DE3247392A1

DE3247392A1 - Waermeuebertrager

Info

Publication number: DE3247392A1
Application number: DE19823247392
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Gschaider; Manfred Dr Ing Hage
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1984-07-05
Also published as: DE3247392C2

Description

Wärmeübertrager
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Kondensator -für das Kältemittel in Wärmepumpen, der in einem mit Deckel und Boden abgeschlossenen,- zylindrischen Behälter zwischen mittig angeordneter Zu- und Ableitung parallel zueinander geschaltete Rohrschlangen für den Durchsatz mindestens eines Wärmeübertragungs-Mediums aufwe'ist, die in einer Ebene spiralförmig von innen nach außen und in einer in axialer Richtung versetzten Ebene spiralförmig von außen nach innen verlaufein, wobei jede Rohrschlange ein eigenes Eintrittsrohr und ein eigenes Austrittsrohr aufweist, das jeweils durch den Boden bzw. durch den Deckel aus dem Behälter herausgeführt ist, und der ein Druckrohr sowie ein Saugrohr für ein weiteres Wärmeübertragungs-Medium aufweist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 32 30 306.8-13).
Bei einem Wärmeübertrager nach dem Hauptpatent .. (Patentanmeldung P 32 30 306.8-13) liegt der große Vorteil darin, daß durch die Verlagerung der Anschlüsse auf die Außenseite des Wärmeübertragers Lötstellen zwischen erstem Wärmeüberragungs-Medium (Wasser) und zweitem Wärmeübertragungs-Medium (Kältemittel) vermieden werden Eine Verunreinigung des Wassers wird dadurch ausgeschlossen. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, bei einer eventuellen Leckage das Kältemittel durch eine Leckananzeigevorrichtung zu erfassen.
Es ist bereits bei Koaxial-Wärmeübertragern die kombinierte Heiz-/Brauchwasserbereitung bekannt geworden (vgl. FI-OS 78 1342).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeübertrager nach dem Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 32 30 306.8-13) so auszubilden, daß dort die Rohrschlangen für verschiedene Kreisläufe von Wärmeübertragungs-Medien, insbesondere zur kombinierten Heiz-/Brauchwas'serbereitung, herangezogen werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eintrittsrohre und die Austrittsrohre jeweils in derselben Weise zu mindestens zwei Gruppen bestehend aus je ein oder mehreren der Eintrittsrohre bzw. der Austrittsrohre zusammengefaßt sind, die in jeweils voneinander getrennte Zuleitungskanäle bzw. Ableitungskanäle münden.
Vorzugsweise sind die Zuleitungs- bzw. Ableitungskanäle jeweils von einer unterteilten Außenkammer gebildet. Die Unterteilung wird in einfacher Weise dadurch erzielt, daß in der Außenkammer jeweils mindestens eine Trennwand angeordnet ist.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, nach Festlegung des gewünschten Anwendungsfalles und damit der Anzahl der verschiedenen Kreisläufe bzw. der Kanäle, jeweils eine unterschiedliche Zuordnung der Rohrschlangen zu den Kanälen vorzunehmen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jeweils Eintrittsrohre und Austrittsrohre nebeneinanderliegender Rohrschlangen zu Gruppen zusammengefaßt. Soll die Möglichkeit der kombinierten Heiz-/Brauchwasserbereitung vorgesehen werden, wählt man also als Wärmeübertragungs-Medien in den Rohrschlangen Heizwasser und Brauchwasser und als äußeres Wärmeübertragungs-Medium Kältemittel, so empfiehlt es sich, wenn die Eintritts- und Austrittsrohre der oberen Rohrschlangen in einen Zuleitungs- bzw. Ableitungskanal für Heizwasser münden, während die Eintritts- und Austrittsrohre der unteren Rohrschlangen in einen Zuleitungs- bzw. Ableitungskanal für Brauchwasser münden. Wird dagegen Heizwasser höherer Temperatur gewünscht, so empfiehlt sich die-Umkehrung, also die Eintritts-und Austrittsrohre -der, oberen Rohrschlangen in einen Zuleitungs-bzw. Ableitungskanal für Brauchwasser münden zu lassen und die Eintritts- und Austrittsrohre der unteren Rohrschlangen in einen Zuleitungs- bzw. Ableitungskanal- für Heizwasser münden zu lassen. In ähnlicher Weise ist vorzugehen, wenn beispielsweise gleichzeitig Brauchwasser, Heizwasser für eine Niedertemperaturheizung und Heizwasser höherer. Temperatur bereitet werden sollen. Wählt man andererseits Kältemittel als Medium.
in den Rohrschlangen und als äußeres Wärmeübertragungs-Medium Wasser, so bietet die Erfindung die Möglichkeitt beispielsweise die Kältemittelkreislaufe mehrerer Kälteanlagen zwecks Wärmerückgewinnung an die Rohrschlangen anzuschließen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
sind jeweils Eintrittsrohre und Austrittsrohre alternierend angeordneter Rohrschlangen zu Gruppen zusammengefaßt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt (Kondensator) Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmeübertragev zur kombinierten Heiz-/Braúchwasserwasserbereitung mit acht Rippenrohrschlangen, wobei die oberen vier Rohrschlangen der Heizwasserbereitung, die unteren vier Rohrschlangen der Brauchwasserbereitung dienen, Fig. 2 einen Querschnitt durch die mit zwei Kanälen versehene obere Außenkammer des Wärmeübertragers nach Fig. 1, (Kondensator) Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Wärmeübertrager zur kombinierten Heiz-/Brauchwasserbereitung mit sechs Rippenrohrschlangen, die alternierend mit dem Heiz-bzw. Brauchwasserkreislauf verbunden sind und Fig. 4 einen Querschnitt durch die obere Außenkammer des Wärmeübertragers nach Fig. 3.
Der Wärmeübertrager 1 nach den Fig. 1 bis 4 besteht aus einem zylindrischen Behälter 2 mit angeschweißtem, gewölbtem Boden 3 und Deckel 4. Außerhalb des Behälters 2 mit Abstand zum Boden 3 bzw. Deckel 4 ist jeweils eine untere Außenkammer 5 bzw. eine obere Außenkammer 6 für den Durchsatz von -Wärmeübertragungs-Medien angeordnet. Durch Zwischenschaltung einer Trennwand 35 sind die Kammern 5, 6 jeweils in zwei Kanäle unterteilt, nämlich in einen Zuleitungskanal 5a bzw. Ableitungskanal 6a für für Heizwasser und in einen Zuleitungskanal 5b bzw. Ableitungskanal 6b für Brauchwasser.
Im Behälter 2 nach Fig. 1 sind acht parallel geschaltete Rippenrohrschlangen 7 bis 14 angeordnet, die jeweils in einer Ebene spiralförmig von innen nach außen und in einer in axialer Richtung versetzten Ebene spiralförmig von außen nach innen verlaufen. Die Rippenrohrschlangen 7 bis 14 sind einzeln jeweils mit einem Eintrittsrohr 7' bis 14' und einem Austrittsrohr 7" bis 14" versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Eintrittsrohre 7' bis 14' und die Austrittsrohre 7" bis 14" jeweils durch die umgebogenen Enden der Rippenrohrschlangen 7 bis 14 gebildet. Eintrittsrohre 7' bis 14' und Austrittsrohre 7" bis 14" sind parallel.zueinander und fluchtend angeordnet. Die Eintrittsrohre 7' bis 14' und Austrittsrohre 7" bis 14" durchtreten den Boden 3 bzw. Deckel 4 in der Weise, daß Sie in eine Lochplatte 30 eingelötet sind. Sie sind gleichfalls jeweils in eine Lochscheibe 15 der beabstandeten, zylindrischen Außenkammern 5, 6 eingelötet. Im Querschnitt nach Fig. 2 sind die kreisförmig angeordneten Löcher jeweils durch die zugehörige Bezugsziffer der Rippenrohrschlangen 7 bis 14 gekennzeichnet.
Weiterhin ist im Deckel 4 ein Druckrohr 16 für den Kältemitteldampf KM und im Boden 3 ein Saugrohr 17 für das kondensierte Kältemittel vorgesehen.
Der Heizwasserkreislauf und der Brauchwasserkreislauf werden nun folgendermaßen gebildet: Die vier Eintrittsrohre 7' bis 10' und die vier Austrittsrohre 7" bis 10" der vier oberen Rippenrohrschlangen 7 bis 10 werden für den Heizwasserkreislauf jeweils zu einer Gruppe zusammengefaßt, während die Gruppe der vier Eintrittsrohre 11' bis 14' und die vier Austrittsrohre 11" bis 14" der vier unteren Rohrschlangen 11 bis 14 für den Brauchwasserkreislauf herangezogen werden. Diese beiden Gruppen werden den voneinander getrennten Zuleitungskanälen 5a, 5b bzw. Ableitungskanälen 6a, 6b zugeordnet. Das dadurch den Zuleitungskanal 5a eintretende Heizwasser durchströmt also die vier Eintrittsrohre 7' bis 10', anschließend die oberen Rippenrohrschlangen 7 bis 10 und die Austrittsrohre 7" bis 10", um über den Ableitungskanal 6a den Wärmeübertrager 1 als erwärmtes Heizwasser wieder zu verlassen. Das Brauchwasser tritt durch den Zuleitungskanal 5b ein, durchströmt die vier Eintrittsrohre 11' bis 14', anschließend die unteren Rippenrohrschlangen 11 bis 14 und die Austrittsrohre 11" bis 14", um über den Ableitungskanal 6b den Wärmeübertrager 1 als erwärmtes Brauchwasser wieder zu verlassen. Hierbei erkennt man leicht, daß gleiche Längen, d. h. gleiche Wasserwege (7' + 7 + 7" = ... 11' + 11 + 11" = ... 14' + 14 + 14") vorliegen, sodaß gleiche Wasserdurchsätze erzielt werden.
Der durch das Druckrohr 16 eintretende Kältemitteldampf KM wird durch ein oberhalb der obersten Rippenrohrschlange 7 an- geordnetes Kältemittelprallblech 31 abgelenkt, das die benachbarte Rohrschlange 7 teilweise überdeckt und den Behälterzwischenraum 32 zwischen den Rohrschlangen 7 bis 14 abdeckt. Der wesentliche Teil des Dampfes streicht über die Rippenrohrschlangen 7 bis 14, kondensiert und tropft in den unteren Teil des Behälters 2. Der Kältemittelstand ist dabei durch die Linie 18 angedeutet.
Für eine hinre-ichende Unterkühlung des Kältemittels -sorgt dabei zumindest die'Rippenohrschange 14.
Sollte an den Lötstellen zwischen Eintrittsrohren 7' bis 14' bzw. Austrittsrohren 7" bis 14" und -den jeweiligen Lochplatten 30 ein Leck auftreten, so kann das Kältemittel infolge des zwischen-Lochplatte 30 und Außenkammer 5 bzw.
Äußenkammer 6 bestehenden Zwischenraums an die Luft entweichen. Eine nachteilige Verunreinigung des Wassers mit Kältemittel tritt nicht ein. In Fig. 1 ist zudem die Möglichkeit angedeutet, den genannten Zwischenraum mit einer Manschette 33 abzuschließen und mit einer (nicht näher dargestellten) Leckanzeigevorrichtung 34 zu verbinden.
Der Wärmeübertrager 1 mit sechs Rippenrohrschlangen 7 bis 12 nach Fig. 3/4 ist analog aufgebaut wie der Wärmeübertrager 1 nach Fig. 1/2. Er unterscheidet sich lediglich darin, daß hier die Rippenrohrschlangen 7 bis 12 alternierend dem Heizwasser- bzw. dem Brauchwasserkreislauf derart zugeordnet sind, daß die Eintrittsrohre 7', 9', 11' und die Austritts- rohre 7", 9, 11" der Rippenrohrschlangen 7, 9, 11 mit dem Zuleitungskanal 5a bzw. Ableitungskanal 6a für Heizwasser, die Eintrittsrohre 8', 10', 12' und die Austrittsrohre 8", 10", 12" der Rippenrohrschlangen 8, 10, 12 mit dem Zuleitungskanal 5b bzw. Ableitungskanal 6b für Brauchwasser verbunden sind.
Der Wärmeübertrager 1 kann nicht nur - wie hier beschrieben -als Kondensator, sondern auch als Verdampfer eingesetzt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h-e t1 )Wärmeübertrager (1), insbesondere Kondensator für das Käl-Deckel (4) $nd tftemittel in Wärmepumpen, der in einem mit Deckel (4) und Boden t3) abgeschlossenen, zylindrischen Behälter (2) zwi-.

schen mittig angeordneter Zu- und Ableitung parallel zueinander geschaltete Rohrschlangen (7 bis 14) für den Durchsatz mindestens eines Wärmeübertragungs-Mediums aufweist, die in einer Ebene spiralförmig von innen nach außen und in einer in axialer Richtung versetzten Ebene spiralförmig von außen nach innen verlaufen, wobei jede Rohrschlange (7 bis 14) ein eigenes Eintrittsrohr (7' bis 14') und ein eigenes Austrittsrohr (7" bis 14") aufweist, das jeweils durch den Boden (3) bzw. durch den Deckel (4) aus dem Behälter (2) herausgeführt ist, und der ein Druckrohr (16) sowie ein Saugrohr (17) für ein weiteres Wärmeübertragungs-Medium aufweist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 32 30 306.8-1 dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsrohre (7' bis 14') und die Austrittsrohre (7" bis 14") jeweils in derselben Weise zu mindestens zwei Gruppen bestehend aus je ein oder mehreren der Eintrittsrohre (7' bis 14') bzw. der Austrittsrohre (7" bis 14") zusammengefaßt sind, die in jeweils voneinander getrennte Zuleitungskanäle (5a, b) bzw. Ableitungskanäle (6a, 6b) münden.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungskanäle (usa, 5b) bzw. Ableitungskanäle (6a, 6b) jeweils von einer unterteilten Außenkammer (5 bzw. 6) gebildet sind.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenkammer (5 bzw. 6) jeweils mindestens eine Trennwand (35) angeordnet ist.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Eintrottsrohre (7"bis 10' bzw. 11' bis 14') und die Austrittsrohre- (7" bis 10" bzw. 11" bis 14") nebeneinanderliegender Rohrschlangen (7 bis 10 bzw. 11 bis 14) zu Gruppen zusammengefaßt sind (Fig. 1/2)
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsrohre (7' bis 10')- und Austrittsrohre (7" bis 10") der oberen Rohrschlangen (7 bis 10) in einen Zuleitungskanal (5a) bzw. Ableitungskanal (6a) für Heizwasser münden, während die Eintrittsrohre (11' bis 14') und Austrittsrohre (11" bis 14") -der unteren Rohrschlangen (11 bis 14) in einen Zuleitungskanal (Sb) bzw. Ableitungskanal (6b) für Brauchwasser münden (Fig. 1/2).
6. Wärmeübertragernach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsrohre (7' bis 10') und Austrittsrohre (7" bis 10") der oberen Rohrschlangen (7 bis 10) in einen Zuleitungskanal (5a) bzw. Ableitungskanal (6a) für Brauchwasser münden, während die Eintrittsrohre (11' bis 14') und Austrittsrohre (11" bis 14") der unteren Rohrschlangen (11 bis 14) in einen Zuleitungskanal (5b) bzw. Ableitungskanal (6b) für Heizwasser.münden.
7. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Eintrittsrohre (7', 9'., 11' bzw. 8', 10-', 12') und Austrittsrohre (7", 9", 11" bzw. 8", 10", 12") alternierend angeordneter Rohrschlangen (7, 9, 11 bzw. 8, 10, 12) zu Gruppen zusammengefaßt sind (Fig. 3/4).