DE8006893U1 - Vorrichtung fuer den waermeaustausch aus der umgebung, insbesondere fuer waermepumpenanlagen - Google Patents

Description

Dietrich Probst, Hegewiese 49, D - 638'-! Schmitten 1

Vorrichtung für den Wärmeaustausch aus der Umgebung, insbesondere für Wärmepumpenanlagen.

Für die Ausnutzung der Umweltenergie sind Anlagen bekannt, welche mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe arbeiten, bei denen ein Wärmetauscher mit Flächenvergrößerung durch Lamellen für die Energieaufnahme benutzt wird. Derartige Luft/Wasser-Wärmepumpen arbeiten jedoch in der Regel nur mit der Wärme aus der Luft, welche mit einem Ventilator über den Wärmetauscher geblasen wird. Unter einer Temperatur von +3° C tritt jedoch bei diesen Anlagen in der Regel der kritische Punkt auf, daß die Feuchtigkeit der Luft am kühleren Wärmeaustauscher zu Eis gefriert, so daß der gesamte Luft/Wärmetauscher, bei welchem der Lamellenabstand nur etwa 5 bis 10 mm beträgt, infolge dieser Vereisung auf seiner gesamten Ausdehnung vereist. Damit ist leine Wärmeaufnahme mehr möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese und andere Nachteile zu vermeiden und den Wärmetauscher bei derartigen Anlagen derart auszubilden, daß er als Wärnieabsorber aus den verschiedensten Medien wie Luft, Wasser, Strahlung, Eis, Wind und direkter Sonnenstrahls lung arbeiten kann. Ein Wärmeabsorber nach der Erfindung kann im günstigsten Fall unter freiem Himmel installiert sein und erfindungsgemäß mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe ausgerüstet sein, welche im Heizraum installiert ist.

Gemäß der Erfindung wird aufgrund von Überlegungen, Untersuchungen und Berechnungen der Wärmetauschei^hinsichtlich Rippenabstand, Rippenzahl, Tauscherfläche, Rippenmaß, Wärmetauscherrohr vorzugsweise mit folgenden Werten und Abmessungen ausgestaltet:

• · I

Wärmetauscherrohr 88,9 χ 3,2 0 mm

188,9 0 mm Rippen '

Rippenzahl ⁶^ ^stück P^{ro m}

Rippenlamellenabstand 15,38 mm

Gesamttauscherflache des Rippenrohres 3,75 m² pro m (Lamellen + Rohroberfläche)

Rippenmaß " ' 50 χ 1 mm

Rippenrohrlänge insges. 2000 mm

Ein besonders wichtiger Vorschlag der Erfindung besteht darin, die Rohre für den Durchfluß des Wärmemediums im Wärmetauscher mit einem Ringquerschnitt für den Durchfluß des Austauschmediums auszugestalten. Hierdurch wird eine wesentlich bessere Wärmeübergangszahl erreicht und gleichzeitig des Flüssigkeitsvolumen der Gesamtanlage wesentlich verringert. Diese Verringerung des Flüssigkeitsvolumens ermöglicht unter anderem für das notwendige Ausdehnungsgefäß eine erhebliche Verminderung des Kosten- und Konstruktionsaufwandes.

Im einzelnen kann die Erfindung vorteilhaft derart ausgebildet werden, daß innerhalb des Innenraumes der Rohre jeweils Kerne zur Bildung der Ringraumquerschnitte angeordnet sind. Hierbei hat es sih als vorteilhaft erwiesen, daß die Kerne in einem Abstand von etwa 5 bis 10 mm von der Innenwand derRohre angeordnet sind.

Im einzelnen kann die Erfindung zweckmäßig in der Weise verwirkliht werden, daß die Kerne mittels Abstandshaltern in die Rohre emgesetzt sind.

In der Regel werden die Abstandshalter über die Längenausdehnung der Rohre in Abständen angeordnet und mit besonderem Vorteil im Umfangsverlauf des gebildeten Ringraumes in einem Dreieck angeor-i-

Allgemein wird es sich empfehlen, die Abstandshalter über die Längenausdehnung der Rohre in mehreren Ebenen anzuordnen, wobei mit

besonderem Vorteil die Abstandshalter in den einzelnen Ebenen jeweils versetzt zu den benachbarten Ebenen azuordnen sind, um hierdurch eine Umwälzung bzw. Verwirbelung des flüssigen Austauschmediums zur Verbesserung des Wärmeaustausches beim Durchfluß durch die Austauschrohre zu erreichen.

Die Abstandshalter werden zweckmäßig auf den Kernen befestigt, so daß die Kerne in das Durchlauf-Rippenrohr eingeschoben werden können.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Kerne aus Rohrabschnitten gebildet, welche vorteilhaft

auf

aus PVC-Hartrohr bestehen,/dem die Abstandshalter in der geschilderten Anordnung zweckmäßig durch Aufkleben befestigt sind. Die Kernrohre werden an beiden Enden durch Stopfen verschlossen. Damit entsteht ein isolierender luftgefüllter Hohlraum in den Kernen.

Vorteilhaft können für ein leichteres Einbringen des Kernrohres in das Wärmeaustauscherrohr sechseckige Abstandshalter gewählt werden.

In dem Wärmeabsorber nach der Erfindung sind die Durchflußrohre beiderseits zweckmäßig an je einem Verteiler- und Sammel—raum angeschlossen. Diese Räume werden zweckmäßig kastenartig gestaltet, und es ist vorteilhaft, die Kernrohre in diese Räume hineinragen zu lassen.

Verteilerkammer und Sammlerkammer sind beide identisch ausgebildet und zwar beispielsweise für .Wärmetauscher mit sechs, acht und zehn Rippenrohren. Jeweils diagonal gegenüberliegend sind die Verteilerund Sammelkästen mit je einem Vorlauf- und Rücklaufanschluß ver- ' sehen, wobei in der Regel die Rippenrohre bei dem Wärmetauscher nac der Erfindung senkrecht auf entsprechenden Ständern freistehend angeordnet sind, und hierbei der Vorlauf unten und der Rücklauf oben an die Verteiler- bzw. Samme!kammern angeschlossen sind.

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t I I I I 1 I I I t /:

Sammler- und Verteilerkammer fassen die einzelnen Rippenrohre in
ein Register zusammen und hierbei hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Rippen mit einem Außendurchmesser von
etwa 18,89cm einem Abstand von etwa 15 nun auszubilden und die Rippenrohre in dem Register jeweils mit einem Mittenabstand von etwa
220 mm anzuordnen.

Um die mit einer großen und schweren Einheit verbunden Nachteile
zu beseitigen bzw. zu vermeiden, ist die Erfindung im einzelnen
vorteilhaft in der Weise ausgebildet, daß Rippenrohre sowie Verteiler- und Sammelkasten an der Verwendungsstelle zu einer Einheit 1 zusammensefebar sind, indem beispielsweise die Rippenrohre mit den fe Verteilerrohren durch Schraubanschlüsse verbunden sind. §.

Als Durchflußmedium für den Transport der im Wärmeaustauscher nach %

der Erfindung aufgenommenen Wärme zur Wärmepumpe findet erfindungs- f

gemäß eine auf niedrige Temperaturen eingestellte Kühlsole Ver- !

wendung. |

Allgemein besteht ein wesentlicher Vorschlag nach der Erfindung da- |

rin, die erfindungsgemäßen Vorschläge im Zusammenhang mit einer I

Fußbodenheizung zu verwenden, deren niedrige Vorlauftemperaturen §

von 35° bis 45° C bei einer erfindungsgemäßen Anlage auch bei Frost- ί

temperaturen der Außenluft beherrscht werden können. |_;

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise veranschau- | licht, in welcher vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung darge- | stellt und in der nachstehenden Beschreibung erläutert werden. |'

Es zeigt: ■ ' i

Fig. 1 einen Wärmetauscher bzw. Wärmeabsorber nach der Erfindung ; in Ansicht; :

Fig. 2 eine Frontansicht,in welcher weitere erfinderische Einzelheiten unter Weglassung der in Fig. 1 dargestellten Lamel-

	3	■ I ■ I I ti (III It Il 11 I It I ItIt > I 1 1 « I I I . · , . ) I , ■, , I IJ , ■ ι J k * 1 1 . -l I . ■ .1 ι . 11	/■■	sind;
	4	- 9 -
	5	len auf den Durchflußrohren veranschaulicht
Pig.		eine Draufsicht, und	nach der Er-
Fig.	eine Seitenansicht zu Fig. 2;
; Fig.	den Querschnitt durch ein Wärmetauscherrohr
	findung in stark vergrößertem Maßstab.

In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher gemäß der Erfindung mit beispielsweise sechs senkrecht stehenden Durchflußrohren 1 veranschaulicht, die an ihrer Außenseite mit spiralisch angeordneten Lamellen 2 versehen sind. Die Durchflußrohre 1 sind unten und oben an je einen Sammler-bzw. Verteilerkasten 3 angeschlossen und jeder Kasten 3

ε ist wiederum mit zwei Anschlußstutzen 4 für den Vorlauf und 5 für i

den Rücklauf versehen.

Die Anschlußstutaen 4 und 5 sind jeweils diagonal gegenüberliegend angeordnet, wobei vorzugsweise der Vorlauf an dem unteren Sammelkasten und der zugehörige Rücklauf an denvbberen Sammel- bzw. Ver-

I teilerkasten 3 angeordnet ist. Die Sammel- und Verteilerkästen 3 u und die Rohre 1, 2 bilden ein Rohrregister, welches in der Regel I auf Ständern 6 abgestützt ist, die beispielsweise im Erdbereich [} gegründet sind.

\. ersichtlich,

I- Wie aus Fig. 2/ in welcher eins der Rohre 1 im Querschnitt dargei stellt ist, sind innerhalb der Rippenrohre 1 Kernrohre 6 angeord- \- net,.welche zwischen der Innenwand der Rohre 1 und ihrer Außenwand

jeweils
j /einen Ringquerschnitt 7 für den Durchfluß des Austauschmediums

['■ bilden. Die Kernrohre 6 sind an ihren Enden jeweils durch Rohr- ; Verschlußkappen 8 verschlossen und ragen mit ihren Enden in die I Verteiler- bzw. Sammelkästen 3 hinein. Gegenüber den Durchflußrohren 1 sind die Kernrohre 6 in verschiedenen Ebenen über die Länge verteilt mit Abstandshaltern 9 versehen, welche wie aus Fig. 5 er-.!;: sieht lieh, vorteilhaft sechseckig ausgebildet und in den jeweiligen ^;.. Ebenen in einem Dreieck angeordnet sind. In den verschiedenen Ebe-

-10-

nen sind jedoch die Abstandshalter 9 gegenüber den benachbarten Abstandshaltern in den beiden benachbarten Ebenen versetzt angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine erwünschte Durchwirbelung des Durchflußmediums beim Durchströmen der Durchflußrohre.

Die Kernrohe 6 können zweckmäßig aus Abschnitten von Hart-PVC-Rohren gebildet sein,auf denen die Abstandshalter 9 in der geschilderten Anordnung aufgeklebt sind.

Mit 10 sind Entlüftungsstutzen für die Füllung bzw. Entleerung der Gesamtanlage bezeichnet.

der

Der Wärmetauscher/nach der Erfindung, beispielsweise eine Höhe von kann

2 m besitzen/und dadurch für den Transport eine erhebliche Gewichtsund RAumbeanspruchung aufweist, wird zweckmäßig in der Weise ausgebildet, daß ein Zusammenbau der Einzelteile am Aufstellungsort ermöglicht ist. Zu diesem Zweck sind die Durchflußrohre 1 an ihren Enden mit Gewinden 11 und die Verteiler- und Sammlerkammern 3 mit entsprechenden Rohrstutzen 12 versehen, welche an Ort und Stelle durch entsprechende Überwurfmuttern 13 miteinander verschraubt werden können.

'allgemein hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Wahl des Kernrohres im Verhältnis zum Wärmeaustauscherrohr derart zu wählen, daß ein Wandungsabstand der beiden Rohre von 5 bis 10 mm als Ringraum frei bleibt, welcher als optimal anzusehen ist.

Verteiler -und Sammlerkammer sind wie erwähnt identisch gestaltet und für Wärmeaustauscher mit beispielsweise sechs, acht und zehn Rippenrohren ausgestaltet, wobei sie mit einer entsprechenden An-' zahl von beispielsweise Drei-Zoll-Stutzen für den Anschluß der Rippenrohre ausgestaltet sind und beispielsweise eineinhalb Zoll Stutzen an beiden Enden jeder Kammer für Vor- oder Rücklauf sowie mit einer ein halb Zoll Muffe für die Befüllung oder Entlüftung und swei Stutzen ohne Verbindung mit dem Kammerinnern zur Befestigung des gesamten Wärmeaustauschers auf einem Standsockel aufweisen.

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- 11 -

Wie erwähnt wird die Länge der Kernrohrabschnitte derart gewählt, daß sie mit ihren Enden in die Vertäler- und Sammlerkammern hineinragen, wodurch der Aufbau und die Montage der Kernrohre im Wärmeaustauscherrohr einfach gestaltet wird und weiterhin sich der wesentliche Vorteil ergibt, daß auch das Flüssigkeitsvolumen der Verteiler- und Sammlerkammern durch die Enden der Kernrohre verkleinert wird. Außerdem brauchen die Kernrohre nicht in den Wärmeaustauschrohren befestigt zu werden, sondern können lose in diese hineingeschoben werden.

Die Rohrverschraubungen, mit denen die Rippenrohre mit den Verteiler- und Sammlerkammern verbunden werden können, sind flachdichtend auszuführen und die Gewinde mit einer Kunststoff-Dichtmasse abzudichten, welche späteres Lösen verhindert und eine absolute Dichtigkeit gewährleistet.

Um zwischen den einzelnen Rippenrohren 1 eine besonders gute und günstige Durchflußgeschwindigkeit der Luft zu erreichen, hat sich gemäß der Erfindung ein Rippenabstand von etwa 15 bis 16mm als

zweckmäßig erwiesen, wobei der Rippenrohraußendurehmesserabstand cm

18,89 /und damit einen Mittenabstand der einzelnen Rippenrohre von etwa 220 mm ergibt.

Der gesamte durch die Erfindung geschaffene Wärmeaustauscher wird im Gelände senkrecht aufgestellt. Damit wird vermieden, daß besonders im Winter Schneefall die Wärmetauscherfläche zudeckt. Gleichzeitig dient die obere Sammelkammer als Dach und schützt vor direktem Schneeinfall. Um weiterhin am Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung eine optimale Zirkulation der Luft zu bekommen, wird das Kühlmedium von unten nach oben durch die Rippenrohre 1 gedrückt. Damit fließt im unteren Teil immer kühleres Wärmetauscher medium als im oberen Teil. Die Luft kühlt sich also nach unten hin weiter ab und beginnt damit schneller zu sinken.

Auch ein Wärmeaustauscher nach der Erfindung kann im Winter vereisen, doch aufgrund des großen Rippenrohrabstandes erstreckt sich

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dieser Vorgang über einen längeren Zeitraum. Darüberhinaus wird fj gemäß der Erfindung bewußt eine glatte Oberfläche der Rippen bzw. §f

-■'-1 Lamellen erzielt, was einmal dadurch erreicht werden kann, daß für %

den gesamten Wärmetauscher feuerverzinktes Material oder auch Kup- I;

fer oder auch Aluminium Verwendung findet, welches infolge der %

glatten Oberfläche bei leichter Tauwirkung größere Eispanzer zum %

Abplatzen bringt. Kleinere Abtauzeiten treten schon in dem Moment %

ein, wenn das Haus genügend Wärmemenge bekommen hat, und die War- £

mepumpe für einen gewissen Zeitraum abgeschaltet hat. Hierdurch f\

beginnt die Sole im Wärmetauscher sich zu erwärmen, wodurch die 'p

Eisbildung gestoppt wird oder ein Tauvorgang einsetzt. Auch bei |y

völlig vereistem Wärmetauscher kann die durch die Erfindung ge- £

schaffene große Tauscherfläche noch genügend Wärme transportieren, |i;

um den Wärmebedarf eines Hauses bei den eingangs erwähnten Abmes- |j

sungen zu decken. Allgemein ist es möglich, eine gemäß derEr- ig

findung geschaffene Anlage als monovalente Anlagen anzusehen und f,

auszubilden. f

In dieser und ähnlicher Weise kann durch die Erfindung eine Anlage S=

für die Ausnutzung von Umweltenergie geschaffen werden, welche |

sich durch eine ungewöhnlich große Austauschfläche bei geringer &

Umlaufmenge der Austauschflüssigkeit auszeichnet. }ij

Die Kernrohre können wahlweise auch aus nahtlos geschweißtem Eisen- |j rohr mit an beiden Enden aufgeschweißten Deckeln bestehen. |

Sämtliche in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung | erläuterten technischen Einzelheiten sind für eine erfolgreiche | Ausbildung und Anwendung der Erfindung zweckmäßig oder bedeutsam. |

Claims (24)

Karl A. Dr*}^\OC D> Karl D 1"V-NOS"" Diplom Ingenieure BOTENMNmTE.:BROSEDKa BROSE D-8023 München-Pullach. Wliijer Str.,2; Tel. J08S} 7 93 βΟ 71f Tejox C 212 147 bros d; Cables: «Patentibus» MUnchen • · · ι ι ι ι ι ■ ι , • · · I I I I I fl » ι ~ I' ti Il ·! Dietrich Probst, Hegewiese 49, D - 6384 Schmitten 1 Ihr Zeichen: Tag: 13- Mär Z 198 O Yourref.: Diäte: "I-Bm PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung für den Wärmeaustausch aus der Umgebung, insbesondere für Wärmepumpenanlagen, mit vorzugsweise mit Aussenlamellen bestückten Bohren für den Umlauf des flüssigen Austauschmediums, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (l ) einen Ringquerschnitt (7 ) für den Durchfluß des Austausch-

i. mediums aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Innenraumes der Rohre ( 1 ) jeweils Kerne ( 6) zur Bildung der Ringraumquerschnitte angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (-6 ) in einem Abstand von etwa 5 bis 10 mm von der Innenwand der Rohre (l ) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1„ 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (6 ) mittels Abstandshaltern (9 ) in die Rohre ( 1 ) eingesetzt sind.

5· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter ( 9 ) über die Längsausdehnung der Rohre (1 ) in Abständen angeordnet s ind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter ( 9 ) im Umfangsverlauf des Ringraumes ( 7) in einem Dreieck angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (9 ) in Abständen über die Längsausdehnung der Rohre ( 1 ) in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter ( 9 ) in den verschiedenen Ebenen jeweils versetzt zu den benachbarten Ebenen angeordnet sind.

9- Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter ( 9 ) auf den Kernen ( 6 ) befestigt sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (9 ) durch Kleben auf den Kern7(6 ) befestigt sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, &durch gekennzeichnet, daß die Kerne (6 ) durch beiderseits verschlossene Rohrabschnitte gebildet sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, cfedurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte ( 6 )

(8)
an den Enden durch Stopfen/verschlossen sind.

13· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußrohre ( 1 ) "beiderseits an je einen Verteiler und Sammelraum/angeschlossen sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler-und Sammelräume ( 3 ) durch Kästen (4 ) gebildet sind.

15· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrohre ( 6 ) in die Verteiler- und Sammelkasten ( 3 ) hineinragen.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler- und Sammelkasten ( 3 ) jeweils diagonal gegenüberliegeiümit einem Vorlauf-( 4 ) und einem Rücklau fans chluß ( 5 ) versehen sind.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine senkrechte Anordnung der Durchflußrohre ( ¹ ).

18. Vorrichtung nach einem ader mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (unten) und der Rücklauf (oben) an die Verteiler- bzw. Sammelkainmerr ( 3 ) angeschlossen sind.

19· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen als Rippenrohre ausgebildeten Durchflußrohre (1 ) in einem Register zusammengefaßt sind.

BROSE & BROSE

- 4 - I

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren derwrher- | gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die :1 Rippen (2) einen Außendurchmesser von etwa 18,89 cm, ; einen Abstand von etwa 15 mm und die Rippenrohre einen i Mittenabstand innerhalb des Registers von etwa 220 mm n, besitzen. ^

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, aß Rippenrohre (1) und Verteiler- und Sammelkästen (3) an der ί Verwendungsstelle zu einer Einheit zusammensetzbar sind. L

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher- i| gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die JJ Rippenrohre (1) und die Verteiler- und Sammelkästen (3) i mit einer auf niedrige Temperaturen eingestellte! Kühl- | sohle gefüllt sind. I

23. Vorrichtung nach einem oder mehraen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wärmetauscher über eine Wärmepumpe an eine Fußbodenheizung schließbar ist.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der -vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rippenrohre (1) durch Schraubanschlüsse oder Schweißverbindungen mit den Verteiler- und Sammelkästen (3)
verbunden sind.