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Beschreibung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Beispielsweise bei Heizungsanlagen, in denen ein Wärmepumpensystem
verwendet wird, stellt die Einbindung der Wärmepumpenanlage sowohl aus regelungstechnischer
Sicht als auch bezüglich der Kosten keine optimale Lösung dar. Bei derartigen bekannten
Heizungssystemen mit Wärmepumpenanlagen werden wenn mittels der Wärmepumpenanlage
sowohl das Heizwasser als auch das Brauchwasser erwärmt werden soll, entweder zwei
Wärmepumpensysteme, nämlich eines für das Heizwasser und ein anderes für das Brauchwasser
verwendet oder es wird im Zuge eines Wärmepumpenkreislaufes ein Wärmetauscher für
das Heizungswasser und ein anderer davon getrennt angeordneter Wärmetauscher für
das Brauchwasser eingesetzt. Dies bringt naturgemäß sowohl erhebliche Anlagekosten
als auch Kosten bezüglich der dadurch sich ergebenden schlechten Energieausnutzung
mit sich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Wärmetauscher
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe wahlweise oder gleichzeitig
auf zweierlei Medien, wie bspw. auf das Heizungswasser und/oder das Brauchwasser
die von einem bspw. Wärmepumpenkreislauf gelieferte Wärmeenergie unter reduzierten
Kosten und bei besserer Energieausnutzung übertragen werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich, mit Hilfe eines einzigen
Wärmetauschergerätes die Prozeßwärme, wie bspw. die Kondensationswärme des Wärmepumpenkreislaufes
an zwei verschiedene Wärmeträgerkreisläufe abzugeben. Dabei kann die Wärmeübertragung
entweder jeweils an einen Kreislauf allein oder an beide Kreisläufe gleichzeitig
erfolgen. Gleichzeitig ist es möglich, durch konstruktive Maßnahmen Sorge dafür
zu treffen, daß die Wärmeübertragung entweder in gleicher Größe oder in unterschiedlichem
Maße auf die beiden wärmeabnehmenden Kreisläufe erfolgt.
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Dies ist mit einem verringerten apparativen Aufwand unter verringerten
Kosten möglich. Außerdem ist die Energieausnutzung verbessert, weil der Wärmeübergang
vom abgebenden Kreislauf beidseitig erfolgen kann.
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Wenn vorstehend im wesentlichen auf ein Heizungs-und Brauchwassersystem
mit einer Wärmepumpenanlage Bezug genommen worden ist, so versteht es sich trotzdem,
daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher in derselben vorteilhaften Weise auch in
Kälteanlagen (sozusagen mit umgekehrtem Vorzeichen) Verwendung finden kann.
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Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,
das durch die Merkmale des Anspruchs 2 verwirklicht ist, ist ein sehr einfach und
kostengünstig aufzubauender Wärmetauscher erreicht, der in langgestreckter Anordnung
eine relativ schmal bauende Ausführung darstellt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es gemäß einer Variante auch möglich,
die außenumfangsseitig vorgesehene Leitungsanordnung derart zu unterteilen, daß
sie mit zwei oder mehr getrennten Kreisläufen verbindbar ist. Durch entsprechende,
den Wärme-
austausch verbessernde Einbauten kann die Aufteilung
des Wärmeübergangs nach innen bzw. außen auf die einzelnen Leitungsanordnungen ausgewählt
werden.
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Bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,
wie es durch die Merkmale des Anspruchs 8 verwirklicht ist, ist ein kompaktes Gerät
geschaffen, das aufgrund seines mehr behälterartigen Aufbaues mit erheblich vergrößerter
Wärmeübertragungsfläche versehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist es gemäß Varianten
möglich, nicht nur die die mittlere Leitungsanordnung umgebende äußere Leitungsanordnung
zur Verbindung mit mehreren getrennten Wärmekreisläufen zu unterteilen, sondern
es ist dies auch im Hinblick auf die innere Leitungsanordnung möglich. Hierbei sind
ohne weiteres Reihen-und Parallelschaltungen der unterteilten Leitungsanordnungen
möglich.
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Gemäß einer Variante dieses vorgenannten Ausführungsbeispieles sind
innerhalb der einen Leitungsanordnung Schikanenbleche vorgesehen, um eine erzwungene
Strömung zur Erhöhung des Wärmeübergangs zu erreichen. Außerdem kann es zweckmäßig
sein, innerhalb der Leitungsanordnung oder -anordnungen eine Umlenkung der Medienströme
zu erreichen.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen: Figur 1 in
schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, wobei zwei Varianten berücksichtigt
sind, Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 gemäß der genannten
ersten Variante, Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1, gemäß
der genannten zweiten Variante, wobei von dieser zwei Untervarianten gezeigt sind,
Figur 4 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher
gemäß einem zweiten Ausführungsbeaspiel vorliegender Erfindung und
Figur
5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4.
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DLe in der Zeichnung gemäß zweier Ausführungsbeispiele dargestellten
Wärmetauscher 11 und 11' gemäß vorliegender Erfindung sind zur Übertragung der Kondensations-
bzw. Abwärme in beispielsweise einer Kälteanlage oder einem Wärmepumpensystem od.dgl.
Wärmequelle bestimmt. Hierbei ist es mit dem Wärmetauscher 11 bzw. 11' möglich,
beispielsweise die Kondensationswärme aus einem Wärmepumpensystem gleichzeitig an
zwei unterschiedliche Wärmekreisläufe zu übertragen. Wenn im folgenden von Leitungsanordnungen
für die einzelnen Medien die Rede ist, so versteht es sich, daß unter dem Begriff
"Leitung" alle dem Leiten bzw. Führen eines gas- oder flüssigkeitsförmigen Mediums
dienenden Mittel zu verstehen sind, wie bspw. Rohre, Kanäle, Behältnisse, die durchströmt
werden, ferner durch verschiedene derartige Mittel begrenzte Durchströmungsräume
für das betreffende Medium u.dgl.
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Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Wärmetauscher 11 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung besitzt eine mittlere Leitungsanordnung
13, die in Form eines Ringrohres 16 ausgebildet ist und die an einem Ende mit einem
Einlaßstutzen 17 und am anderen Ende mit einem Auslaßstutzen 18 für das betreffende
durchströmende Medium versehen ist. Innerhalb des Ringrohres 16 ist eine innere
Leitungsanordnung 14 in Form eines konzentrischen Rohres 21 vorgesehen, dessen Außenwandung
über im wesentlichen den vollständigen Teil seiner Länge durch die Innenwandung
22 des Ringrohres 16 oder umgekehrt, gebildet ist. Das geradlinig verlaufende Rohr
21 besitzt am einen Ende einen Einlaßstutzen 23 und am anderen Ende einen Auslaßstutzen
24 für das zu durchströmende Medium, wobei diese Stutzen im Verhältnis zu denen
des Ringrohres 16 derart angeordnet sind, daß eine Gegenstromwärmeübertragung erfolgt.
Um die mittlere Leitungsanordnung 13 ist eine äußere Leitungsanordnung 12 vorgesehen,
die ebenfalls aus einem Ringrohr 26 besteht, das am einen Ende mit einem Einlaßstutzen
27 und am anderen Ende mit einem Auslaßstutzen 28 versehen ist, wobei diese so angeordnet
ist,
daß im Verhältnis zur mittleren Leitungsanordnung 13 eine
entgegengesetzt gerichtete Strömung des betreffenden Mediums erfolgt. Sowohl beim
Ringrohr 16 als auch beim Ringrohr 26 sind die Ein- und Auslaßstutzen 17 bzw. 27
und 18 bzw.
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28 jeweils um 1800 bezüglich des Umfanges des betreffenden Ringrohres
zueinander versetzt.
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Die Länge des Ringrohres 26 entspricht etwa der Länge des Ringrohres
16 abzüglich des für die Stutzen 17,18 beanspruchten Maßes. Auch hier ist es so,
daß die Außenwandung des Ringrohres 16 durch die Innenwandung 29des Ringrohres 26
bzw.
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umgekehrt gebildet ist.
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Die in Fig. 1 eingezeichneten Varianten betreffen den Wärmeaustausch
verbessernde Einbauten innerhalb der mittleren Leitungsanordnung 13. Der linke Teil
der Fig. 1 und die Fig. 2zeigen über die Länge des Ringrohres 16 im wesentlichen
gleichmäßig verteilt angeordnete Querrippen 31, die ringförmig über den Innenumfang
verlaufen und nach innen hin vorstehen. Sie sind bezüglich der Längserstreckung
des Ringrohres 16 hintereinander angeordnet. In der rechten Hälfte der Fig. 1 und
in Fig. 3 ist die Variante dargestellt, bei der im Ringraum des
Ringrohres
16 Längsrippen 32 oder 321 und 322 angeordnet sind. Die Längsrippen sind über den
Umfang gleichmäßig verteilt und somit etwa sternförmig angeordnet und verlaufen
im wesentlichen über die gesamte Länge des Ringrohres 16. Da sich dadurch im wesentlichen
einzelne Längskanalteile ergeben, ist bei dieser Variante das Ringrohr 16 an beiden
Enden mit einer diese verbindenden Ringkammer 33 versehen, in die dann die Stutzen
17 und 18 münden. Im linlcen Teil der Fig. 3 ist dargestellt, daß die Längsrippen
32 gemäß einer Untervariante einstückig entweder vom Innenumfang oder vom Außenumfang
her nach innen zum jeweils anderen Umfangsbereich hervorragen. Im rechten Teil der
Fig. 3 ist die Untervariante mit den Längsrippen 321 und 322 dargestellt, d.h.,
die Längsrippen 321 stehen vom Innenumfang her und die Längsrippen 32 vom 2 Außenumfang
her nach innen in den Ringraum hinein, wobei sie ohne wesentlichen Zwischenraum
einander gegenüberstehen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 ist bspw. die mittlere
Leitungsanordnung 13 mit einem
nicht dargestellten Wärmepumpenkreislauf
verbunden, was bedeutet, daß das Ringrohr 16 von einem Kältemittel durchströmt wird.
Die innere Leitungsin anordnung 14 ist bspw. nicht dargestellter Weise mit einem
Heizungssystem verbunden, wird also vom Heizwasser durchströmt. Die äußere Leitungsanordnung
12 ist bspw. in ebenfalls nicht dargestellter Weise mit einem Warmwasserkreislauf
verbunden, wird also vom Brauchwasser durchströmt.
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Dabei ist es nun möglich, diese beiden inneren und äußeren Kreisläufe,
denen Wärme vom mittleren Kreislauf abgegeben werden soll, gleichzeitig gemeinsam
zu betreiben oder einzeln mit Hilfe einer Umwälzpumpe zu- oder abzuschalten. Es
ist ferner möglich, mit Hilfe der inneren konstruktiven Ausgestaltung des Wärmetauschers
zu bestimmen, welche Wärmemengen innerhalb des Wärmetauschers auf den einen oder
anderen Kreislauf zu übertragen sind, d.h. ob gleiche oder unterschiedliche Wärmemengen
übertragen werden sollen. Es versteht sich, daß die Verbindung der inneren und äußeren
Leitungsanordnung mit den betreffenden Kreisläufen auch umgekehrt erfolgen kann.
Des weiteren ist es selbstverständlich auch möglich, den Wärme-
tauscher
11 in anderer Weise zu verwenden. Außerdem kann er statt geradlinig auch in beliebiger
Weise gebogen bzw. gekrümmt sein.
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Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, ist zum Ausführungsbeispiel
der Figuren 1 bis 3 unterschiedlich, daß die äußere Leitungsanordnung 12 in zwei
voneinander getrennte Ringrohre unterteilt ist, die in axialer Richtung hintereinander
angeordnet sind und von denen jedes mit einem separaten Kreislauf verbunden ist.
Damit könnte man bspw. zwei getrennte Brauchwasserkreisläufe in unterschiedlicher
Weise versorgen.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen einen Wärmetauscher 11' gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, bei dem ebenfalls eine äußere Leitungsanordnung
12', eine mittlere Leitungsanordnung 13' und eine innere Leitungsanordnung 14' vorgesehen
sind. Außerdem sind jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel noch zu der äußeren und
inneren Leitungsanordnung 12' und 14' jeweils eine zusätzliche äußere und innere
Leitungsanordnung 44 bzw. 42 parallel jedoch in getrennter Weise vorgesehen. Der
Wärmetauscher 11' besitzt ein bspw. rechteckiges Gehäuse 36, innerhalb dessen ein
Bündel 37 paralleler Ringrohre 16' angeordnet ist, von denen ein in Fig. 4 oberes
Bündelteil
ein ein Bündel 38 paralleler Rohre 21' der ersten inneren
Leitungsanordnung 14' und ein darunter liegendes Bündelteil 372 ein Bündel 39 paralleler
Rohre 51 der zweiten inneren Leitungsanordnung 44 beinhaltet bzw. bildet. Ein Raum
26' zwischen dem in Fig. 4 oberen Wandungsteil 52 und einer Zwischenwand 53 des
Gehäuses 36 einerseits und dem Außenumfang der Ringrohre 16' andererseits bildet
die erste äußere Leitungsanordnung 12', ebenso wie ein Raum 56, der zwischen dem
unteren Wandungsteil 54 und der Zwischenwand 53 des Gehäuses 36 einerseits und den
Ringrohren 26' des Bündelteils 372 andererseits begrenzt ist, die zweite äußere
Leitungsanordnung 42 darstellt. Auch hier besitzen die entsprechenden benachbarten
Leitungsanordnungen jeweils gemeinsame Wandungen.
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Wie den Figuren 4 und 5 zu entnehmen ist, ist das obere Bündel 371
der Ringrohre 16' an seinem einen Ende über eine Kammer 58 mit einem Einlaßstutzen
17' verbunden und an ihrem anderen Ende über eine Kammer 59 mit dem zugewandten
Ende des unteren Bündels 372 der Ringrohre 16' verbunden, welche über eine Kammer
61 mit einem unten im Gehäuse 36 liegenden Kondensationsraum 62 verbunden sind,
der in einem Auslaßstutzen 18' ausläuft. Die Rohre 21' des Bündels 38, die innerhalb
der Ringrohre 16' des oberen Bündels
angeordnet sind, sind an ihren
einander abgewandten Enden über jeweils eine Ringkammer 63 und 64 mit dem Einlaßstutzen
23' bzw. dem Auslaßstutzen 24' versehen. Die äußere Leitungsanordnung 12', die durch
den Raum 26' gebildet ist, ist am einen Ende mit dem Einlaßstutzen 27' und am anderen
demgegenüber um etwa 900 versetzt mit dem Auslaßstutzen 28' versehen.
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Entsprechend ist der untere Teil des Gehäuses 36 bzw. die darin enthaltenen
Leitungsanordnungen 42 und 44 aufgebaut. Die äußere Leitungsanordnung 42, die durch
den Raum 56 gebildet ist, ist ebenfalls einendig mit einem Einlaßstutzen 66 und
andernends mit einem Auslaßstutzen 67 versehen, die beide o um etwa 90 zueinander
versetzt sind. Die innere Leitungsanordnung 44, die durch das untere Bündel 39 von
Rohren 51 gebildet ist, ist derart konstruktiv gestaltet, daß das eine Rohrbündel
391 einenends in eine Kammer 68 mündet und dort mit einem Einlaßstutzen 46 verbunden
ist und andernends über eine Kammer 69 in das andere Rohrbündel 392 mündet, dessen
anderes, dem Rohrbündel 391 zugewandtes Ende eben-
falls in eine
Kammer 68' mündet, die mit dem Auslaßstutzen 47 verbunden ist.
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In den beiden Räumen 21 t und 56 des Gehäuses 36 sind beim Ausführungsbeispiel
zwei einander gegengerichtete Schikanenbleche 71, 72 angeordnet, die von der entsprechenden
einen Außenwand bzw.
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der Zwischenwand aus nach innen hin ragen und von der gegenüberliegenden
Wand einen Abstand haben.
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Dadurch wird erreicht, daß das in der äußeren Leitungsanordnung 12'
bzw. 42 strömenden Medium nach Art eines S (siehe Pfeile) in Längsrichtung durch
die Räume 21' und 56 strömt und dadurch zu einer guten Wärmeübertragung beiträgt.
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Bei diesem Wärmetauscher 11' sind also zwei parallel zueinander angeordnete
äußere und innere Leitungsanordnungen vorgesehen, die wärmemäßig aus derselben mittleren
Leitungsanordnung gespeist sind.
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Es versteht sich, daß dieser Wärmetauscher 11' auch in der Weise konstruktiv
umgestaltet sein kann, daß nur derjenige oberhalb oder unterhalb der Zwischenwand
53 angeordnete Wärmetauscherteil
für sich allein Verwendung findet.
Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, erfolgt eine Strömung der einzelnen Medien zueinander
zum Teil gegensinnig und zum Teil gleichsinnig, wie die dort angedeuteten Pfeile
zeigen. Es versteht sich ferner, daß beim Wärmetauscher 11 der Kondensationsraum
62 auch außerhalb des Gehäuses 36 angeordnet sein kann, so daß die mittlere Leitungsanordnung
13' unmittelbar mit ihrem betreffenden Auslaßstutzen 18' verbunden ist. Außerdem
kann die Ausbildung der Ringrohre statt rund im Querschnitt quadratisch sein. Entsprechendes
gilt umgekehrt für das Gehäuse 36. Ferner kann die Anzahl der Rohre bzw. Ringrohre
innerhalb eines Bündels beliebig gewählt werden; sie kann innerhalb der beiden Gehäuseteile
auch unterschiedlich sein.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die mittlere Leitungsanordnung
13' mit ihren Stutzen 17' und 18' beispielsweise mit einem Wärmepumpenkreislauf
verbunden und es sind die weiteren Leitungsanordnungen 12', 14', 42, 44 bspw. mit
unterschiedlichen Heizungskreisläufen und Warmwasserkreisläufen verbunden.
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Es versteht sich, daß auch dieser Wärmetauscher 11'
in
beliebig anderen Wärmekreisläufen einsetzbar ist, also bspw. in einer Kälteanlage.
Ausßerdem können die Durchflußrichtungen entsprechend den technischen Anforderungen
variiert werden. Die Außenform des Wärmetauschers 11' kann statt quaderförmig auch
zylindrisch o.dgl. sein.
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- Ende der Beschreibung -
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