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Verfahren zur Ubertragung von Wärme bzw. Kälte an ein zu erwärmendes
bzw. abzukühlendes Medium mittels eines Wärmeaustauschers In der Technik ergibt
sich häufig die Aufgabe, einen Körper, z. B. Luft, einmal zu erwärmen und ein andermal
zu kühlen. Diese Forderung tritt insbesondere bei Luftkühlern bzw. Lufterwärmern
in der Klimatechnik auf. Verwendet man zum Erwärmen und Kuhlen das gleiche Rohrsystem,
so kann man in bekannter Weise bei Verwendung einer #!'erdichterkältemaschine dieses
System entweder als Verflüssiger oder als Verdampfer schalten. Im ersten Falle wird
die Verflüssigungswärme an die Luft abgegeben, so daß sich diese erwärmt, im zweiten
Falle wird die Luft durch die Verdampfung des Kältemittels abgekühlt. Die Schaltung
von Heizung auf Kühlung ist indessen mit einer verhältnismäßig umständlichen Manipulation
verbunden. Man kann daher auch zwei getrennte Systeme verwenden, von denen das eine
zum Heizen und das andere zum Kühlen verwendet wird. Dies wird man dann vorziehen,
wenn Heizung und Kühlung nicht mit ein und demselben Mittel, sondern das Kühlen
beispielsweise mit kalter Sole und das Erwärmen mit einer besonderen Heizflüssigkeit
erfolgt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß jedes der beiden Systeme mit
den für die Übertragung der Wärme bzw. Kälte erforderlichen Flächen ausgerüstet
werden muß. Zwar kann diese Schwierigkeit unter Umständen dadurch umgangen werden,
daß sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen dasselbe Mittel benutzt wird. Man kommt
dann zwar mit einem einzigen System aus, muß jedoch den Nachteil in Kauf nehmen,
daß beim Umschalten eine Vermischung von kalter und warmer Flüssigkeit stattfindet,
die recht unerwünscht sein kann. Dieselbe Aufgabe, die eben, geschildert wurde,.
tritt
in etwas abgewandelter Form beim Abtauen von Luftkühlern in der Kältetechnik auf.
Bekanntlich schlägt sich auf Luftkühlern, die unter o° arbeiten, mit der Zeit der
in der Luft enthaltene Wasserdampf in Gestalt von Schnee oder Eis nieder. Auf diese
Weise wird der Wärmedurchgang über die Kühlfläche an die Luft verschlechtert, und
es muß, um ein dauerndes wirtschaftliches Arbeiten der Anlage zu gewährleisten,
von Zeit zu Zeit für ein Abtauen der Kühlflächen gesorgt werden. Man kann dabei
in ähnlicher Weise so vorgehen, wie es bereits für die Klimaanlage geschildert wurde,
daß man den Luftkühler, der eine Zeitlang als kühlender Verdampfer gewirkt hat,
durch Umschaltung als Verflüssiger verwendet. Das jetzt in dem Kühler kondensierende
Kältemittel gibt die Verflüssigungswärme über die Kühlflächen an die Eis- bzw. Schneeschicht
ab und bringt diese zum Abtauen. Dieses Verfahren kann jedoch nur dann angewendet
werden, wenn mindestens zwei Verdampfer vorhanden sind, und auch dann .ist die Manipulation
des Umschalters recht unbequem, so daß man sich häufig scheut, derartige Umschaltungen
des öfteren vorzunehmen. Die Folge davon ist eine verhältnismäßig starke Vereisung
der Kühlflächen und ein Absinken der Leistung des Apparates.
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Bei indirekter Kühlung durch eine Sole geht man beim Abtauen in der
Regel so vor, daß man das die kalte Sole enthaltende System zum Zwecke des Abtauens
mit warmer Sole füllt. Hierbei treten indessen die bereits erwähnten unangenehmen
Durchmischungen auf, oder es muß das gesamte System erst von der kalten Sole entleert
werden, wozu ebenfalls umständliche Schaltungen vorgenommen werden müssen.
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Die geschilderten Schwierigkeiten bei der Übertragung von Wärme bzw.
Kälte an das zu erwärmende bzw. abzukühlende Medium mittels eines Wärmeaustauschers,
der zeitweise zur Beheizung und zeitweise zur Kühlung des Mediums dient, werden
erfindungsgemäß in folgender Weise umgangen: Während der Heizperiode wird nur ein
ausschließlich zur Aufnahme des Heizmittels dienender Teil mit diesem Mittel beschickt.
Während der Kühlperiode wird der andere ausschließlich zur Aufnahme des Kühlmittels
dienende, mit dem ersten wärmeleitend verbundene, aber von ihm räumlich getrennte
Teil mit Kühlmittel beschickt. Dabei erfolgt der Wärmeaustausch stets über ein.
und dieselbe vom zu behandelnden Medium berührte Gesamtfläche beider Teile.
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Bei der Umschaltung von Wärme- auf Kältebetrieb ist lediglich einmal
das wärmeübertragende und das andereMal das kälteübertragende Medium in Bewegung
zu setzen. Diese Umschaltung ist so einfach, daß sie sich insbesondere auch für
automatischen Betrieb eignet. Man kann auf diese Weise das Abtauen von Luftkühlern
viel häufiger vornehmen und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage erheblich steigern
und die unangenehmen Erscheinungen beseitigen, die bei zu seltenem Abtauen durch
die Verschlechterung des Kälteaustausches eintreten. Eine zur Ausführung dieses
Verfahrens dienende Vorrichtung besteht erfindungsgemäß aus einem Wärmeaustauscher
mit zwei getrennten Rohrsystemen, die miteinander direkt oder indirekt wärmeleitend
verbunden sind und von denen das eine während einer bestimmten Zeit lediglich vom
Kühlmittel und das andere während einer anderen Zeit lediglich vom Heizmittel durchströmt
wird. Diese Vorrichtung bringt den Vorteil, daß eine saubere Trennung zwischen dem
Heizmittel und dem Kühlmittel vorhanden ist und trotzdem die Gesamtoberfläche beider
Rohrsysteme, soweit sie von dem zu behandelnden Medium berührt wird, zur Wärmeübertragung
herangezogen wird.
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Hierbei kann jeweils ein Einzelrohr des einen Systems im Innern je
eines Einzelrohres des anderen Systems angeordnet und mit ihm wärmeleitend verbunden
sein. Das äußere Rohrsystem ist dann zur besseren Wärmeübertragung an das zu behandelnde
Medium zweckmäßigerweise mit Rippen versehen.
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Um die Wärmeübertragung zwischen dem inneren, beispielsweise zur Erwärmung
dienenden Rohr und dem äußeren, beispielsweise zur Abkühlung dienenden Rohr möglichst
innig zu machen, kann eines der beiden Rohre, z. B. das äußere Rohr, mit einem vieleckigen
Querschnitt ausgeführt sein, während das andere, z. B. das innere Rohr, kreisförmigen
Querschnitt von der Größe des dem Vieleck eingeschriebenen Kreises hat und sich
demnach an das äußere Rohr anlegt. Man kann auch das Rohr mit kreisförmigem Querschnitt
über das Rohr mit eckigem Querschnitt schieben, wobei die Berührungsfläche kleiner,
der Raum zwischen beiden jedoch größer wird. Diesen kann man durch entsprechende
Zahl der Ecken in der gewünschten Richtung verändern. An den hierdurch gebildeten
Berührungslinien, z. B. zwischen äußerem und innerem Rohr, findet eine gute Wärmeübertragung
statt, insbesondere wenn die Berührungslinien verlötet oder verschweißt sind.
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann auch das eine Rohrsystem
in seiner Gesamtheit im Innern des anderen untergebracht sein, wobei dann ebenfalls
für eine gute Wärmeleitung zwischen den beiden Systemen durch Anbringung einer hinreichend
großen Anzahl von Berührungsstellen zu sorgen ist. Es ist dabei nicht nötig, daß
z. B. das äußere Rohrsystem aus einer Vielzahl von Rohren besteht, vielmehr kann
das äußere Rohrsystem auch z. B. aus einem Mantelrohr mit gewelltem Mantel bestehen,
der sich an die inneren Rohre anschmiegt und beim Betrieb zweckmäßig mit dem drucklosen
Kühlmittel beschickt wird. Die Herstellung dieses Systems ist besonders einfach,
wenn man den Außenmantel durch geeignet geformte, über den Räumen zwischen den Innenrohren
geführte Dorne anpreßt und dadurch für eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen
den beiden Systemen sorgt. Dasselbe kann auch erreicht werden, wenn man durch Druckanwendung
über ein flüssiges oder gasförmiges Medium das Außenblech an und teilweise um das
innere Rohrsystem preßt.
Erfindungsgemäß kann auch ein Rohr des
einen Rohrsystems mit einem Rohr des zweiten Rohrsystems abwechseln, wobei dann
zwischen den miteinander gut wärmeleitend verbundenen Rohren und evtl. auch an anderen
Stellen der Rohroberfläche wärmeübertragende Rippen angeordnet sein können. Es können
aber auch unberippte Systeme verwendet werden. Die Rohre können in an sich bekannter
Weise als Flachrohre ausgebildet sein. Das bringt den Vorteil, daß sie eine große
Oberfläche bei kleinem Inhalt haben, so daß beim Umschalten von einer Arbeitsweise
auf die andere Abkühlungs-bzw. Erwärmungsverluste gering gehalten werden können.
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Die Abb. i bis 5 zeigen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes,
wobei gleiche Teile gleiche Bezugszeichen haben.
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Die Abb. i veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung
von Wärme bzw. Kälte. Die beiden Rohrsysteme sind mit i und 2, die gut wärmeleitend
gemachten Verbindungslinien zwischen den Systemen mit 3 bezeichnet. In einem Kanal
5 strömt das zu behandelnde Medium io. Es wird beim ersten Arbeitsgang durch die
Kühlrohre i mit Kältemittelzufluß 6 und AbfluB 8 abgekühlt; hierbei beteiligen sich
die während dieser Zeit nicht beschickten Rohre 2 wegen der gut wärmeleitenden Verbindung
3 an der Kühlung. Die Feuchtigkeit des :Mediums schlägt sich an den Außenwänden
der Rohre als Reif nieder. Bei der folgenden Umschaltung werden die Rohre i nicht
mehr beschickt, während durch die Rohre 2 mit Zufluß 7 und Abfluß 9 das Heizmittel
strömt, seine Wärme auch auf die stillgelegten Rohre i überträgt und den auf dem
Rohrsystem niedergeschlagenen Reif zum Abtauen bringt. Bei der praktischen Ausführung
kann man z. B. eine große Zahl der beschriebenen Doppelrohrsysteme in Form von Rohrwänden
gleichmäßig verteilt über den Gesamtquerschnitt des Kanals anordnen. Die Zuleitungen
6 und 7 für die einzelnen Systeme verteilen sich je nach deren Anzahl auf sämtliche
parallel zueinander geschaltete Rohrsysteme.
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Die übrigen Abbildungen zeigen Ausführungsformen von Rohrsystemen
im Querschnitt.
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Abb. 2 zeigt zwei nebeneinanderliegende Rohre, von denen Rohr i das
Kühlmittel und Rohr 2 das Heizmittel aufnehmen. An der Stelle 3 sind die Rohre auf
ihrer ganzen Länge gut wärmeleitend, z. B. durch Verzinkung, Verlötung oder Verschweißung,
miteinander verbunden. Arbeitet dieses System auf Kühlung, so werden beide Rohre
infolge der guten wärmeleitenden Verbindung tiefe Temperaturen annehmen, und die
Fläche beider Rqhre wird somit zur Kühlung ausgenutzt. Das Entsprechende tritt ein,
wenn der Austauscher auf Erwärmen arbeitet. Handelt es sich z. B. um einen Luftkühler,
so wird bei der Erwärmung das Abtauen der Eisschicht an der gesamten Außenfläche
der Rohre erfolgen.
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Abb.3 zeigt eine Anordnung, bei der über ein rundes, beisl>iels«,eise
zur Kühlung dienendes Rohr i ein sechseckiges, mit Rippen 4 versehenes Rohr 2 geschoben
ist. Die Berührung der Rohre findet in den Linien 3 statt. Das kühlende Mittel befindet
sich im Rohr i, das Heizmittel in dem Zwischenraum, der durch das runde Rohr i und
das sechseckige Rohr 2 gebildet wird. Benutzt man diese Anordnung bei einem Luftkühler,
so erfolgt im Falle der Kühlung die Kälteübertragung vom Innenrohr i über die Berührungsstellen
3 an: das Außenrohr 2 bzw. indirekt über den Raum zwischen beiden Rohren.
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Abb. 4 zeigt ein Rohrsystem, das aus Rohren 2, die z. B. zur Erwärmung
dienen, besteht, um die der Mantel i eines anderen, beispielsweise der Kühlung dienenden
Rohrsystems gepreßt ist. Bei 3 wird durch das Anpressen eine innige gute wärmeleitende
Berührung beider Systeme auf einem erheblichen Teil des Innenrohrumfanges erzielt.
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Abb. 5 zeigt den Schnitt durch eine mit Längsrippen versehene- Anordnung.
Mit i sind wieder die Rohre des ersten, mit 2 die des zweiten Systems, mit 3 die
gut leitenden Verbindungen bezeichnet, 4 bedeuten die Rippen.
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Abb.6 zeigt eine aus je zwei Flachrohren zusammengesetzte Anordnung.
Die Rohre i und 2 sind an der Stelle 3 auf ihrer ganzen Länge gut wärmeleitend verbunden.
Diese Anordnung hat gegenüber der in Abb.2 gezeigten den Vorteil einer großen Oberfläche
bei kleinem Inhalt. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, Rohre beliebigen
Querschnittes miteinander zu verbinden.