DE3511829A1

DE3511829A1 - Kaeltemittelverdampfer- / -kondensatorkonstruktion

Info

Publication number: DE3511829A1
Application number: DE19853511829
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Erdmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1985-03-30
Publication date: 1986-10-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Niedertemperaturheizsystem für Gebäude mit Wärmepumpenbetrieb, speziell mit Umweltwärmenutzung aus Luft und Boden bei Heizungsvorlauftemperaturen unter 40° C aus Sole um die 0° C.
Es soll mit den Elementen Kältemittelverdampfer und -kondensator eine maßgeschneiderte Wärmepumpe für den Nullgradbereich, mit rel. geringer Leistung , optimierbar sein. Dazu fehlen bislang am Markt die hier entwickelten Geräte. Gedacht ist an Heizleistungen zwischen 5-15 kW.

Es gibt zwar Wärmetauscher in Kompaktbauweise für die Übergabe von Fernheizungswärme. Diese sind jedoch für den Betrieb eines Verdampfers nicht geeignet. Bezug: Druckschrift von ALFA-LAVAL BE 3734 A / 1.75. Der ideale Plattenvis£^3Hi$£lr^rfür -KöWmittel fehlt ebenso.

Die Erfindung geht davon aus, daß Röhrenverdampfer, auch neuerer Bauart wievon VDM, nicht an die Leistung von funktionstüchtigen Plattenverdampfern heranreichen können. Dabei kann sogar Nirosta-Stahl Verwendung finden.
Vor allem soll mit einer genügend großen Verdampferfläche die Anhebung der Leistungsziffer bzw. Jahresarbeitszahl erreicht werden. Schließlich ist das Maß der Verdampferfläche eine wichtige Einflußgröße, die in Konfektionswärmepumpen i.d.R. zu knapp ausgelegt ist. Die Nenngrößen von konfektionierten Wärmepumpen beziehen sich so gut wie nie auf 0° C Sole.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß anstelle von Rohren bewährte, profilierte Wärmetauscherplatten verwendet werden,in entsprechender Abänderung.zur Erreichung eines hohen Gasvolumen-Durchsatzes. Da wurde zum einen eine Gaskammer geschaffen, in der eine Vernebelungsdüse das flüssige Kältemittel zerstäubt und zum anderen wurden die Platten darunter in fast vollem Querschnitt zum Einströmen des Nebelgemisches geöffnet. Durch den Kompressorsog wird so eine hervorragende Beaufschlagung der Plattenwände erreicht und damit eine günstige, schnelle Verdampfung des Kältemittels. Für den Fall nicht vollständiger Verdampfung ist unter der Gaskammer ein Kältemittelpumpensumpf vorgesehen. So wird erreicht, daß die Platten nicht in Kältemittel 'ersaufen', was deren Leistung mindern würde. Der angepaßte Kondensator gleichen Bauprinzips zirkuliert mit einem Pufferspeicher, dessen Temperatur über ein .VENTIL! die Vernebelungsmenge des Kältemittels steuert. Auf diese Weise kann auch der Kompressorbetrieb 2-stuf?g gefahren werden. Optimale Verdampfung_>wie auch geringster Stromverbrauch,sind so möglich.

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Zum Anfahren der Anlage kann es von Nutzen sein, ein Druckgefäß em/urichten,zur Betreibung der Vernebelungsdüse nach abgeschaltetem Kompressor. Das Gefäß wäre gegen Auskühlung zu isolieren.

Der Kondensator wird plattenmäßig kleinere Abmessungen aufweisen. In jedem Fall sind entsprechende Berechnungen anzustellen. Leistungsdaten sollten allerdings erst praktisch erprobt und ermittelt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert: Es zeigen:

Fig. 1 a-c Blockdarstellung der Verdampfer- /Kondensatorkonstruktion

Fig. 2 Vertikalschmtt durch den Verdampfer

Fig. 3 Querschnitt durch die Gaskammer C

\ Fig. 4 Vertika.1 s.c hn i t.tdurch den Block B

Fig. 5, 6 Draufsicht. Block B - Gaskammer A¹ mit Aufprallkörpe-r

Das flüssige Kältemittel fließt nach Verlassen des Entspannungsventils (8) über die Leitung (15) zur Vernebelungsdüse (17), die bei Wärmepumpenbetrieb Kältemitteldruckgas aus Leitung (16) erhält und damit die Vernebelung bewirkt. Der Nebel breitet sich in der Vernebelungskammer A aus und dieser wird durch den Kompressorsog senkrecht nach unten durch die Platten (1) gezogen und benetzt die inneren Oberflächen, worauf die Verdampfung des Kältemittels beginnt, bedingt durch die Wärme der auf der anderen Wandseite durchfließenden Sole. Evtl.nicht verdampfter Kältemittelnebel kann sich im Kältemittelsumpf D absetzen. Nach Abschalten der Wärmepumpe wird automatisch Ventil (12) geöffnet für eine vorbestimmte Zeit, sodaß Kältemittel ^- in Behälter (13) fließ\. In der Gaskammer C wird über die Absaugeinrichtung (9) das Kältemittelgas in den Kompressor geleitet.- · Von dort gelangt es nach Verdichtung in den Kondensator I I . Dieser besteht nur aus den Bauteilen Gaskammer A', Block B und Nebelkammer C. Von letzterer führt die Leitung (15) zum Entspannungsventil (8) und danach wieder zur Vernebelungskammer A. '

Die Materialstärken und Schweißnähte werden dem Betriebsdruck entsprechend stark ausgeführt. Die Bleche können aus Nirosta-Stahl, Kupfer oder Aluminium sein.
Zur Konstruktion:

Den handelsüblichen Wärmetauscherplatten, etwa von Alfa-Laval, Vvird der obere u. untere Teil so abgeschnitten,-daß fast die voile Quer .--,chnittbbrei te erreicht ist. Zwei solcher Platten \\erd"n seitlich /u einem f-'aat /us,im-

BAD ORIGINAL

mencjr-schweißt, nachdem eine Platte um 180° gedreht u. gekippt wurde. Dieses Plattenpaar (2) wird mit seiner unten u. oben verbliebenen Öffnung in die Schlitze der Kopf- u. Fußplatte (6) (6¹) eingeführt und verschweißt. Zuletzt wird der Mantel (3) mit den v.g. Kopf- u. Fußplatten durch Schweißnähte verbunden. Es folgt der Anbau der Kammern A, C u. D bzw. A¹ u. C.

Der Pumpensumpf D wird folgendermaßen entleert: Bei Wärmepumpenstillstand öffnet das Magnetventil (12) und läßt kondensiertes Kältemittel in den Auffangbehälter (13) abfließen. Von dort aus besteht eine Leitungsverbindung zur Leitung (15). So gelangt das Kältemittel wieder in den normalen Kreislauf. Eine Rückstauklappe (20) verhindert den Rückfluß von Kältemittel aus Leitung (15) in den Behälter (13),

Der Solezu- u. Abfluß (4) (5) bewerkstelligt einen gut verteilten Solefluß durch die Plattenzwischenräume (7), besonders durch den erweiterten Vorbau und den Aufprallkörper (22). Die eingebauten Abstandhalter (18) zwischen den Plattenpaaren (2) behindern den Durchfluß nicht bzw. sehr wenig. Sie sind an die Platten angeschweißt u. haben normal Rundform. Die vertieft liegenden Prägungen der Platten lassen den Solestrom passieren.

Das einströmende Gas in Kammer A' beim Kondensator Il wird ebenfalls durch einen. Aufprallkörper (23) optimal verteilt zur Einströmung in die Schlitze (7) der Kopfplatte (6).

Einsatzgebiete:

Die REDER-Solarhäuser haben einen relativ geringen Zusatzwärmebedarf. Er liegt bei etwa 5 - 9 kW Norrnwärmebedarf. Die Häuser empfangen beträchtliche Strahlungsenergie aus passiver Solartechnik. Für den Zusatzheizbetrieb sollen Luft- u. Bodenwärme in einer Wasser-Wasser-Wärerr.pumpe eingesetzt werden. Soletemperatur im Winter ca. CP C. Die Heizanlage soll standardisiert werden in Verbindung mit einem einheitlichen Wärmepumpentyp. Dieser kann mit o.g. Elementen maßgeschneidert werden, bei einem überzeugenden Preis/Leistungsverhältnis.

Darüber hinaus sind dem Einsatz der beiden Geräte auch anderweitig keine Grenzen gesetzt.

Claims

Patentansprüche:

erdampfer- / Kondensatorkonstruktion nach Art der Röhrenverdampfer im Gegenstromprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherblock (2) im Blechmantel (3) aus strömungsoptimierten, profilierten Plattenpaaren (1) in Schweißkonstruktion gefertigt ist, wobei Sole / Wasser über die Einmündung (4) in den Block B das Medium in voller Breite , gleichmäßig. i_n die Plattenzwischenräume (7 ) verteilbar ist und in analogerwe.ise wieder beim Austritt (5) einsammelbar, während im Grgenstrom Kältemittel durch die Öffnungen der Kopfplatte (6 ) hin zu denen der Fußplatte (6¹ ) geführt ist.
2. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich unterhalb der Gaskammer C ein Kältemittelsumpf befindet, mit einer automatischen Vorrichtung zur pünktlichen Entleerung.
3. Konstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Leitung (14) in Leitung (15) eingeleitet ist,nach dem Entspannungsventil (8).
4. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Leitung (15) eine Vernebelungsdüse (17) eingebaut ist, welche sich in der Nebelkammer A befindet, wobei zum Betrieb der Düse (17) das Magnetventil (19) in Leitung (16) geöffnet sein muß zwecks Freigabe des Betriebsmittels, dem Kältemittelgas aus dem Kompressor.
5. Konstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Leitung (16) auch aus einem Druckbehälter (25) versorgbar ist,vor Anlauf des Kompressors, vuiboi der IVhälter gut Wärm< >-g<.-dämmt ist.
6. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatte (6) des Wärmetauscherblocks (2) so ausgebildet ist, daß sie mit offenen

Schützen (7) versehen ist,die am Rande zusammen mit den offenen Enden der Plattenpaare (2) verschweißt sind, was analog für die Fußplatte (6') gleichermaßen zutrifft.
7. Konstruktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdampfer I mit Wärmetauscherblock (2) in gleicher Bauweise im Kältemittelkondensator Il vorgesehen ist.
8. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zufluß (4) wie auch im Abfluß (5) ein Aufprallkörper (22) vorgesehen ist.
9. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaskammer A' des Kältemittelkondensators I! ein Aufprallkörper (23) eingebaut ist.
10. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaskammer C des Kältemittelverdampfers I die zentrale Absaug einrichtung (9) untergebracht ist.
11. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten der Plattenpaare (%) Fischgrätprofile besitzen, die vor dem Zusammenschweißen so gegeneinandergelegt sind, daß eine Platte um 180° .gekippt-

ι
und gedreht ist, wobei die Offnungen (7) unten u. oben offen bleiben.
12. Konstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß marktübliche Platten-Verwendung vorgesehen ist (z.B. ALFA-LAVAL o.a.) mit entsprechender Umarbeitung.
13. Konstruktion nach Anspruch2 , dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaufende zum Pumpensumpf D eine Rückschlagklappe (11) angebracht ist und der Leerlauf des Pumpensumpfs von kondensiertem Kältemittel durch Öffnen des Magnetventils (12) möglich wird, wobei der Inhalt in Behälter (13) deponiert v\ird_fwelcher Vorgang nach jedem Abschalten der Wärmepumpe automatisiert ist mit Zeitschaltung.
14. Konstruktion nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß über die

Leitung (14') das Kältemittel aus Behälter (13) dem normalen Kältemittelkreislauf wieder zugeführt ist, wobei der Rückflußverhinderer (20) in Leitung (14¹) angeordnet ist.
15. Konstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Plattenpaaren (1) Abstandhalter (18) eingeschweißt sich zur Druckübertragung befinden, wie auch zwischen Mantel (3) und Platte (1).
16. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Magnetventils (19) ein steuerbares Thermoventil einbaubar ist, zur Volumenstromregulation in Anhängigkeit zum Leistungsbedarf.
17. Konstruktion nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Leistungsanpassung die Wärmepumpe 2-stufig fahrbar ist.