EP4177561A1 - Wärmeübertrager, wärmepumpe und verfahren zur forstsicherung eines wärmeübertragers - Google Patents

Wärmeübertrager, wärmepumpe und verfahren zur forstsicherung eines wärmeübertragers Download PDF

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EP4177561A1
EP4177561A1 EP22202473.9A EP22202473A EP4177561A1 EP 4177561 A1 EP4177561 A1 EP 4177561A1 EP 22202473 A EP22202473 A EP 22202473A EP 4177561 A1 EP4177561 A1 EP 4177561A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
heat
tubes
connecting device
condensate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22202473.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arnold Wohlfeil
Johann Wienen
Andreas Veiser
Thomas Reinertz
Birgit Reckhaus
Tobias Grünwald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • F28F9/0132—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by slats, tie-rods, articulated or expandable rods

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, a heat pump and a method for protecting a heat exchanger from freezing.
  • a heat pump absorbs heat from a heat source, such as groundwater, geothermal energy or outside air, and delivers it to a desired location.
  • a heat source such as groundwater, geothermal energy or outside air
  • heat exchangers also referred to as heat exchangers, are often used, which transfer heat from the ambient air to a transfer medium, such as brine or refrigerant, through free or, in particular, forced conditions.
  • a finned tube heat exchanger in which the heat transfer tubes are combined in part in a meandering pattern to form a tube package.
  • the disadvantage of such an arrangement in the heat exchanger is that condensate that forms in the heat exchanger can freeze at low temperatures and thus block the heat exchanger for outside air to circulate. As a result, the heat exchanger can no longer extract heat from the environment and a complex defrosting process has to be initiated.
  • the object of the invention to propose a heat exchanger which at least partially overcomes the problems of the prior art described.
  • the heat exchanger should enable safe operation even at low temperatures and be insensitive to condensate that forms.
  • the heat exchanger should be simple and inexpensive to produce. Furthermore, a method for frost protection of a heat exchanger is to be specified, which effectively prevents the heat exchanger from freezing up and without a high expenditure of energy.
  • a heat exchanger contributes to this, having a large number of tubes which are arranged largely vertically and in parallel in the intended installed state and which are connected via at least one connecting device, the connecting device being arranged largely horizontally in the installed state and shaped in such a way that condensate that forms in the installed state is directed in the direction of a Flow point of the connecting device flows.
  • largely vertical means here that at least a section of the tubes in an area (in particular in an area in which the tube is connected via the connecting device) is vertical.
  • Perfect here also includes small deviations of, for example, a few angular degrees compared to a perfectly perpendicular alignment.
  • Some of the heat exchangers presented can in particular be a shell and tube heat exchanger, so that the heat transfer medium supplied to the heat transfer medium is distributed over the parallel pipes.
  • a meandering routing of the tubes in the heat exchanger would also be conceivable, so that the heat transfer medium supplied flows through the parallel tubes of the heat exchanger one after the other.
  • the tubes of the heat exchanger presented here can be designed to be pressure-stable and have any cross-section, but in particular a circular cross-section.
  • the tubes can be made of stainless steel.
  • the at least one connecting device can be connected to the tubes of the heat exchanger, which are arranged vertically in the installed state, in such a way that condensate running down the tubes is routed to the connecting device.
  • the heat exchanger is set up to be installed in a state tilted (slightly) by an angle of attack, so that condensate running down due to gravity runs off on the side of the connecting device.
  • connecting devices which are connected to the pipes at a uniform distance above one another and preferably parallel to one another.
  • the connecting devices can also have heat-conducting ribs that increase the surface area of the connecting devices, so that heat can be absorbed via the surfaces of the connecting devices, then conducted through the connecting devices to the tubes and transferred to the heat transfer medium circulating in the tubes.
  • the connecting devices are particularly preferably made from a material with good thermal conductivity (in particular from a metal). It is possible that the connecting means and the tubes are made of the same material; but it is also possible, for example, that the tubes are provided with copper and the connecting devices (fins) with an aluminum alloy.
  • the connecting devices act as ribs for absorbing heat and are in heat-conducting contact with the tubes, the connecting devices regularly have a temperature difference to the environment, which promotes the formation of condensate here.
  • condensate that forms on the pipes at the connection points of pipes and connection devices is routed to the connection device.
  • the described design of a drainage point of the connecting device enables such condensate to be discharged in a targeted manner.
  • a connecting device can be a band-shaped structure that is connected to the tubes of the heat exchanger at a first longitudinal edge and has an angle to the tubes so that, due to gravity, condensate from the tubes and the first longitudinal edge of the connecting device to the second longitudinal edge of the Connection device (that is, in a direction away from the pipes) can flow.
  • the connecting device is shaped in such a way that condensate that has overflowed from the tubes of the heat exchanger onto the connecting device flows at the connecting device due to gravity in the direction of a drainage point.
  • the at least one connecting device can advantageously be configured in a U-shape or V-shape at least in sections for this purpose.
  • connection device can have a flow area for condensate in the installed state, which is located lower than the connection area with the pipe, so that condensate located on the connection device (and flowing in the direction of the outflow point) does not flow into the pipes of the heat exchanger due to gravity can flow back.
  • the designation in the installed state is to be understood in particular to mean that a heat exchanger proposed here can assume a position in space in which the functional features mentioned apply. This position can be an advantageous installation position, for example in a heat pump.
  • the connecting device can have a discharge device in the area of a discharge point, which diverts the condensate flow away from the tubes of the heat exchanger.
  • the discharge device in the area of the discharge point can be an edge projecting out of the connection device in the direction normal to the plane formed by the pipes.
  • the discharge device can advantageously be a welded seam, for example. Such an embodiment is particularly easy to implement in terms of production technology.
  • the heat exchanger can have a heating device in the area of at least one discharge point and/or a discharge device exhibit.
  • freezing of condensate can be prevented and/or already frozen condensate can be melted using very little energy.
  • connecting devices can be provided. These connecting devices can in particular be arranged in parallel and one above the other in the installed state.
  • the drainage points and/or discharge devices can also be arranged one above the other in the installed state of several connecting devices arranged one above the other.
  • the drainage points and/or discharge devices arranged one above the other can be connected by means of a drainage guide.
  • a drainage guide can be connected by means of a drainage guide.
  • uncontrolled dripping of the condensate can be avoided and controlled drainage via the drain guide can be achieved.
  • this also makes it possible to collect the condensate that occurs and to discharge it via a drain, for example from the housing of a heat pump.
  • the drain guide can be designed to be heatable.
  • the drain can be designed as a heating rod.
  • all or a large number of the discharge points and/or discharge devices can thus be heated in a simple manner.
  • the at least one discharge point, the at least one discharge device and/or the discharge guide can be heated
  • a heat pump having a heat exchanger proposed here.
  • This is in particular an air heat pump, for example in a monoblock design.
  • the heat exchanger can be arranged in particular in an outer part of a split heat pump and set up to absorb heat from the ambient air for transport to an inner part of the split heat pump.
  • the split heat pump can have a refrigeration circuit through which a heat transfer medium flows, with the tubes of the heat exchanger being part of the refrigeration circuit.
  • the outdoor part can have a fan that generates a flow of outside air through the heat exchanger.
  • the at least one connecting device and, connected thereto, at least one discharge device and the drain guide can be arranged on the side of the heat exchanger facing away from the blower.
  • the flow of ambient air generated by the blower can promote drainage of the condensate in the direction of the connecting device.
  • the heat exchanger in the heat pump can be arranged (slightly) tilted by an angle of attack, so that the condensate can flow away in the direction of the connecting device due to gravity.
  • the heat exchanger can be arranged in the heat pump in such a way that the lower area of the heat exchanger is closer to an adjacent and vertically arranged blower than the upper area of the heat exchanger.
  • the heat exchanger can, for example, be tilted by an angle of attack in a range between 1°-5° [degrees] relative to the vertical direction.
  • Steps a) and b) are carried out at least once in the specified sequence in a regular operating sequence.
  • steps a) and b) can be carried out at regular time intervals.
  • the parameter recorded according to step a) can in particular be a temperature in the area of the heat exchanger and/or a recorded pressure, for example between the heat exchanger and the fan.
  • the limit value characterizes a threshold value of the parameter below which freezing of the heat exchanger is to be expected and/or indicates a reduced flowability of the heat exchanger.
  • a computer program is proposed, set up to carry out a method presented here.
  • a heat exchanger, a heat pump and a method for frost protection of a heat exchanger are thus specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the heat exchanger and the heat pump contribute at least to ensuring safe operation of a heat pump at temperatures below the dew point.
  • the invention can be implemented with simple means and particularly inexpensively.
  • the heat exchanger 1 shows a schematic example of a heat exchanger 1 proposed here in the installed position, for example in an external part of a heat pump.
  • the heat exchanger 1 can have tubes 2 which are arranged as vertically as possible and through which a heat transfer medium can flow.
  • the pipes 2 can be connected to one another by connecting devices 3, the connecting devices 3 being slightly curved or U-shaped, so that a drainage point 11 is defined at the respective lowest point of the connecting device 3 with respect to the installation position. Due to the installation position and the slightly curved or U-shaped design of the connecting devices 3, does condensate that forms in the area of the tubes 2 flow over from the tubes 2 due to gravity? the connecting devices 3 to the respective drainage points 11. In the region of the drainage points 11, a drainage guide 4 can be arranged largely vertically, which connects the drainage points 11. The condensate can thus be fed from the drainage points 11 to the drainage guide 4 due to gravity.
  • FIG. 2 shows a schematic, exemplary sectional view of an outer part of a heat pump 5.
  • the outer part of the heat pump 5 stands in the vertical direction on the ground 8 and has a blower 6, which is also aligned in the vertical direction.
  • the blower 6 conveys ambient air through the heat exchanger 1 in a flow direction 10.
  • the heat exchanger 1 can be tilted by an angle of attack 7 relative to the vertical direction and/or the blower 6.
  • the angle of attack 7 can be 5° [degrees], for example.
  • condensate forming on the tubes 2 of the heat exchanger 1 can flow away on the side facing away from the fan 6 in the direction of the ground 8 and can thus be fed to the connecting devices 3, then to the drainage points 11 of the connecting devices 3 and further to the drainage guide 4.
  • In the area of the lower end of the Drain guide 4 can be provided in the housing of the outer part of the heat pump 5, an outlet for the condensate.
  • a temperature sensor 9 can also be provided on the heat exchanger 1, with which a temperature can be detected according to step a) of the method proposed here for frost protection of the heat exchanger 1.
  • the temperature sensor 9 can be connected to a regulation and control unit 12 that carries out a method proposed here.
  • the drain guide 4 can have a heating device or be designed as a heating rod.
  • step b) of the method proposed here after falling below a limit value that indicates a forest hazard and can be stored in a memory of the regulation and control unit 12, the heating device of the drain guide 4 can be switched on and thus prevent the condensate from freezing or thawing cause.
  • the regulating and control unit 12 can also be electrically connected to the discharge guide 4 or to a heating device arranged there.

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Abstract

Es wird ein Wärmeübertrager (1) vorgeschlagen, aufweisend eine Vielzahl von im vorgesehenen Einbauzustand weitestgehend senkrecht und parallel angeordneter Rohre (2), die über mindestens eine Verbindungseinrichtung (3) verbunden sind, wobei die mindestens eine Verbindungseinrichtung (2) im Einbauzustand weitestgehend waagerecht angeordnet und derart geformt ist, dass im Einbauzustand sich an den Rohren (2) bildendes Kondensat in Richtung eines Ablaufpunktes (11) der Verbindungeinrichtung (3) fließt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, eine Wärmepumpe und ein Verfahren zur Frostsicherung eines Wärmeübertragers.
  • Mittels einer Wärmepumpe wird Wärme von einer Wärmequelle, wie beispielsweise Grundwasser, Erdwärme oder Außenluft, aufgenommen und an einem gewünschten Ort abgegeben. Bei der Nutzung von Umgebungsluft als Wärmequelle kommen häufig Wärmeübertrager, auch als Wärmetauscher bezeichnet, zum Einsatz, die durch freie oder insbesondere erzwungene Konditionen Wärme von der Umgebungsluft auf ein Übertragermedium, wie beispielsweise Sole oder Kältemittel übertragen.
  • Hierzu sind verschiedene Arten von Wärmeübertragern bekannt. Beispielsweise in der DE 103 03 595 A1 wird ein Wärmeübertrager vorgeschlagen, aufweisend koaxial angeordnete Rohre. Eine derartige Anordnung erscheint jedoch für eine Wärmepumpe zur Wärmeversorgung eines Gebäudes ungeeignet.
  • In der DE 282 945 6 A1 wird ein Rippenrohrwärmetauscher vorgeschlagen bei dem Wärmeübertragungsrohre teils mäanderförmig zu einem Rohrpaket zusammengefasst werden. Nachteilig kann bei einer derartigen Anordnung im Wärmetauscher entstehendes Kondensat bei tiefen Temperaturen gefrieren und so den Wärmetauscher für eine Zirkulation von Außenluft blockieren. In Folge kann der Wärmetauscher der Umgebung keine Wärme mehr entziehen und ein aufwendiger Abtauvorgang muss eingeleitet werden.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager vorzuschlagen, der die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll der Wärmeübertrager einen sicheren Betrieb auch bei tiefen Temperaturen ermöglichen und eine Unempfindlichkeit gegenüber entstehendem Kondensat aufweisen.
  • Zudem soll der Wärmeübertrager einfach und kostengünstig herzustellen sein. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Frostsicherung eines Wärmeübertragers angegeben werden, das ein Einfrieren des Wärmeübertragers wirkungsvoll und ohne hohen Energieaufwand verhindert.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Wärmeübertrager bei, aufweisend eine Vielzahl von im vorgesehenen Einbauzustand weitestgehend senkrecht und parallel angeordneter Rohre, die über mindestens eine Verbindungseinrichtung verbunden sind, wobei die Verbindungseinrichtung in Einbauzustand weitestgehend waagerecht angeordnet und derart geformt ist, dass im Einbauzustand sich bildendes Kondensat in Richtung eines Ablaufpunktes der Verbindungeinrichtung fließt.
  • Mit dem Begriff "weitestgehend senkrecht" ist hier gemeint, dass zumindest ein Abschnitt der Rohre in einem Bereich (insbesondere in einem Bereich in dem das Rohr über die Verbindungseinrichtung verbunden sind) senkrecht sind. Mit "senkrecht" sind hier auch geringe Abweichungen von bspw. wenigen Winkelgrad gegenüber einer perfekt senkrechten Ausrichtung umfasst.
  • Einige vorgestellte Wärmeübertrager kann insbesondere ein Rohrbündelwärmeübertrager sein, sodass dem Wärmeträger zugeführtes Wärmeträgermedium auf die parallel geführten Rohre verteilt wird. Denkbar wäre jedoch auch eine mäanderförmige Führung der Rohre im Wärmeübertrager, sodass zugeführtes Wärmeträgermedium die parallel geführten Rohre des Wärmeübertragers nacheinander durchströmt.
  • Die Rohre des hier vorgestellten Wärmeübertragers können druckstabil ausgeführt und einen beliebigen, insbesondere jedoch einen kreisrunden, Querschnitt aufweisen. Beispielsweise können die Rohre aus Edelstahl gefertigt sein.
  • Die mindestens eine Verbindungseinrichtung kann mit den im Einbauzustand senkrecht angeordneten Rohren des Wärmeübertragers derart verbunden sein, dass an den Rohren nach unten ablaufendes Kondensat auf die Verbindungseinrichtung geleitet wird. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn der Wärmeübertrager dazu eingerichtet ist, in einem um einen Anstellwinkel (leicht) gekippten Zustand eingebaut zu werden, sodass aufgrund der Schwerkraft nach unten ablaufendes Kondensat auf der Seite der Verbindungseinrichtung abläuft.
  • Bevorzugt existieren eine Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen, die in einem gleichmäßigen Abstand jeweils übereinander und bevorzugt parallel zueinander mit den Rohren verbunden sind. Bevorzugt existieren stoffschlüssige Verbindungen zwischen den Verbindungseinrichtungen und den Rohren, die einen guten Wärmeübergang zwischen den Verbindungseinrichtungen und den Rohren bieten. Die Verbindungseinrichtungen können zudem Wärmeleitrippen aufweisen, die die Oberfläche der Verbindungseinrichtungen vergrößern, so dass über die Oberflächen der Verbindungseinrichtungen Wärme aufgenommen, dann durch die Verbindungseinrichtungen zu den Rohren geleitet und auf das in den Rohren zirkulierende Wärmeübertragermedium übertragen werden kann. Besonders bevorzugt sind die Verbindungseinrichtungen aus einem gutwärmeleitfähigen Material (insbesondere aus einem Metall) gefertigt. Es ist möglich, dass die Verbindungseinrichtungen und die Rohre aus demselben Material bestehen; es ist aber beispielsweise auch möglich, dass die Rohre mit Kupfer und die Verbindungseinrichtungen (Rippen) mit einer Aluminiumlegierung bereitgestellt sind.
  • Insbesondere, weil die Verbindungseinrichtungen als Rippen zur Aufnahme von Wärme wirken und in wärmeleitendem Kontakt mit den Rohren stehen, haben die Verbindungseinrichtungen regelmäßig einen Temperaturunterschied zur Umgebung durch welchen hier eine Kondensatbildung begünstigt wird. Zudem wird an den Rohren entstehendes Kondensat an den Verbindungspunkten von Rohren und Verbindungseinrichtungen auf die Verbindungseinrichtung geleitet. Durch die beschriebene Ausbildung eines Ablaufpunktes der Verbindungseinrichtung gelingt eine zielgerichtete Ableitung von solchem Kondensat.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Verbindungseinrichtung ein bandförmiges Gebilde sein, dass an einer ersten Längskante mit den Rohren des Wärmeübertragers verbunden ist und einen Winkel zu den Rohren aufweist, dass aufgrund der Schwerkraft Kondensat von den Rohren und der ersten Längskante der Verbindungseinrichtung zur zweiten Längskante der Verbindungseinrichtung (also ein einer Richtung von den Rohren weg) fließen kann.
  • Zudem ist die Verbindungseinrichtung derart geformt, dass von den Rohren des Wärmeübertragers auf die Verbindungseinrichtung übergelaufenes Kondensat an der Verbindungseinrichtung aufgrund der Schwerkraft in Richtung eines Ablaufpunktes fließt. Vorteilhaft kann die mindestens eine Verbindungseinrichtung hierzu zumindest abschnittsweise u-förmig oder v-förmig ausgebildet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Verbindungseinrichtung im Einbauzustand einen Fließbereich für Kondensat aufweisen, der tiefer gelegen ist, als der Verbindungsbereich mit dem Rohr angeordnet ist, sodass an der Verbindungseinrichtung befindliches (und in Richtung des Ablaufpunktes fließendes) Kondensat schwerkraftbedingt nicht in die Rohre des Wärmeübertrager zurückfließen kann.
  • Die Bezeichnung im Einbauzustand ist insbesondere dahingehend zu verstehen, dass ein hier vorgeschlagenen Wärmeübertrager eine Position im Raum einnehmen kann, in der die genannten funktionalen Merkmale zutreffen. Diese Position kann eine vorteilhafte Einbauposition beispielsweise in einer Wärmepumpe sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Verbindungseinrichtung im Bereich eines Ablaufpunktes eine Ableiteinrichtung aufweisen, die den Kondensatfluss von den Rohren des Wärmeübertrager wegführt. Hierzu kann die Ableiteinrichtung im Bereich des Ablaufpunktes eine aus der Verbindungseinrichtung in Normalenrichtung zu der von den Rohren gebildeten Ebene auskragende Kante sein. Vorteilhaft kann die Ableiteinrichtung beispielsweise eine Schweißnaht sein. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders einfach produktionstechnisch umsetzbar.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Wärmeübertrager im Bereich mindestens eines Ablaufpunktes und/oder einer Ableiteinrichtung eine Heizeinrichtung aufweisen. In vorteilhafter Weise kann so mittels sehr geringer Energieaufwendung ein Einfrieren von Kondensat verhindert und/oder bereits gefrorenes Kondensat geschmolzen werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, die insbesondere für großflächige Wärmeübertrager geeignet ist, können mehrere Verbindungseinrichtungen vorgesehen sein. Diese Verbindungseinrichtungen können insbesondere parallel und im Einbauzustand übereinander angeordnet sein. In vorteilhafter Weise kann so ein unkontrolliertes Abtropfen von Kondensat in Betriebszuständen, bei denen eine große Menge Kondensat anfällt, verhindert werden. Insbesondere können die Ablaufpunkte und/oder Ableiteinrichtungen mehrere übereinander angeordneter Verbindungseinrichtungen im Einbauzustand gleichfalls übereinander angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die übereinander angeordneten Ablaufpunkte und/oder Ableiteinrichtungen mittels eine Ablaufführung verbunden sein. Vorteilhaft kann so ein unkontrolliertes Abtropfen des Kondensats vermieden und ein kontrolliertes Ablaufen über die Ablaufführung erreicht werden. Vorteilhaft wird so auch ermöglicht, das anfallende Kondensat zu sammeln und über einen Ablauf, beispielsweise aus dem Gehäuse einer Wärmepumpe, abzuführen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ablaufführung beheizbar ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Ablaufführung als Heizstab ausgeführt sein. Vorteilhaft können so auf einfache Art und Weise alle bzw. eine Vielzahl der Ablaufpunkte und/oder Ableiteinrichtungen beheizt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Beheizen des mindestens einen Ablaufpunktes, der mindestens einen Ableiteinrichtung und/oder der Ablaufführung
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Wärmepumpe vorgeschlagen, aufweisend einen hier vorgeschlagenen Wärmeübertrager. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Luft-Wärmepumpe, beispielsweise in Monoblock-Bauweise. Der Wärmeübertrager kann dabei insbesondere in einem Außenteil einer Split-Wärmepumpe angeordnet und zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft zum Transport an einen Innenteil der Split-Wärmepumpe eingerichtet sein. Zum Transport der Wärme kann die Split-Wärmepumpe einen von einem Wärmeträgermedium durchströmten Kältekreis aufweisen, wobei die Rohre des Wärmeübertragers ein Teil des Kältekreises sind. Der Außenteil kann ein Gebläse aufweisen, das eine Strömung von Außenluft durch den Wärmeübertrager erzeugt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die mindestens eine Verbindungseinrichtung, und damit verbunden, mindestens eine Ableiteinrichtung sowie die Ablaufführung auf der, dem Gebläse abgewandten, Seite des Wärmeübertragers angeordnet sein. In vorteilhafter Weise kann die vom Gebläse erzeugte Strömung der Umgebungsluft ein Ablaufen des Kondensats in Richtung der Verbindungseinrichtung begünstigen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung oder auch unabhängig vom konkreten Aufbau der Wärmepumpe kann der Wärmeübertrager in der Wärmepumpe (leicht) um einen Anstellwinkel gekippt angeordnet sein, sodass bedingt durch die Schwerkraft ein Abfließen des Kondensats in Richtung der Verbindungseinrichtung gefördert wird. Mit anderen Worten kann der Wärmeübertrager derart in der Wärmepumpe angeordnet sein, dass der untere Bereich des Wärmeübertragers einem benachbart und senkrecht angeordneten Gebläse näher ist als der obere Bereich des Wärmeübertragers. Der Wärmeübertrager kann beispielsweise um einen Anstellwinkel in einem Bereich zwischen 1° - 5° [Grad] gegenüber der Lotrichtung gekippt sein.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Frostsicherung eines hier vorgeschlagenen Wärmeübertragers (eines Außenteils einer Wärmepumpe) vorgeschlagen, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Erfassen eines Parameters der einen Rückschluss auf ein Einfrieren oder eine verminderte Durchströmbarkeit des Wärmetauschers zulässt,
    2. b) Inbetriebnahme einer Heizeinrichtung oder eines Heizstabes, die Wärme in mindestens einen Ablaufpunkt einbringt, wenn der in Schritt A erfasste Parameter unter einem Grenzwert liegt.
  • Die Schritte a) und b) werden bei einem regulären Betriebsablauf mindestens einmal in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt. Insbesondere können die Schritte a) und b) in regelmäßigen zeitlichen Abständen durchgeführt werden.
  • Der gemäß Schritt a) erfasste Parameter kann dabei insbesondere eine Temperatur im Bereich des Wärmeübertragers und/ oder ein erfasster Druck, beispielsweise zwischen Wärmeübertrager und Gebläse, sein.
  • Es möglich, eine Temperaturdifferenz von Kältemittel und Außenluft (in Abhängigkeit des Betriebszustandes) zu betrachten bzw. zu messen: Steigt diese an, kann auf eine Vereisung (oder Verschmutzung) des Wärmeübertragers geschlossen werden.
  • Es ist möglich, eine Leistung des Gebläses/Lüfters in Abhängigkeit des Betriebszustandes zu betrachten bzw. zu messen: Nimmt die Leistung zu, so ist der Strömungswiderstand erhöht, was auf eine Vereisung (oder Verschmutzung) schließen lässt.
  • Der Grenzwert kennzeichnet einen Schwellwert des Parameters unterhalb dessen ein Einfrieren des Wärmeübertragers zu erwarten ist und/oder eine geminderte Durchströmbarkeit des Wärmeübertragers anzeigt.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens.
  • Hier werden somit ein Wärmeübertrager, eine Wärmepumpe und ein Verfahren zur Frostsicherung eines Wärmeübertragers angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen der Wärmeübertrager und die Wärmepumpe zumindest dazu bei, einen sicheren Betrieb einer Wärmepumpe bei Temperaturen unterhalb des Taupunktes zu gewährleisten.
  • Zudem kann die Erfindung mit einfachen Mitteln und besonders kostengünstig umgesetzt werden.
  • Die im Zusammenhang mit dem Wärmeübertrager erforderten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Wärmepumpe, den Verfahren zur Frostsicherung sowie dem Computerprogramm auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    einen hier vorgeschlagenen Wärmeübertrager, und
    Fig. 2:
    einen Außenteil einer hier vorgeschlagenen Wärmepumpe.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen hier vorgeschlagenen Wärmeübertrager 1 in Einbauposition, beispielsweise in einen Außenteil einer Wärmepumpe. Der Wärmeübertrager 1 kann weitestgehend senkrecht angeordnete Rohre 2 aufweisen, die von einem Wärmeträgermedium durchströmbar sind. Die Rohre 2 können durch Verbindungseinrichtungen 3 miteinander verbunden sein, wobei die Verbindungseinrichtungen 3 leicht gebogen bzw. u-förmig ausgebildet sind, sodass sich bezüglich der Einbauposition am jeweils tiefsten Punkt der Verbindungseinrichtung 3 ein Ablaufpunkt 11 definiert. Bedingt durch die Einbauposition und die leicht gebogene bzw. u-förmige Ausbildung der Verbindungseinrichtungen 3 fließt aufgrund der Schwerkraft sich im Bereich der Rohre 2 bildendes Kondensat von den Rohren 2 über? die Verbindungseinrichtungen 3 zu den jeweiligen Ablaufpunkten 11. Im Bereich der Ablaufpunkte 11 kann weitestgehend senkrecht eine Ablaufführung 4 angeordnet sein, die die Ablaufpunkte 11 verbindet. Somit kann das Kondensat aufgrund der Schwerkraft von den Ablaufpunkten 11 der Ablaufführung 4 zugeführt werden.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Schnittdarstellung eines Außenteils einer Wärmepumpe 5. Der Außenteil der Wärmepumpe 5 steht in Lotrichtung auf dem Erdboden 8 und weist ein gleichfalls in Lotrichtung ausgerichtetes Gebläse 6 auf. Das Gebläse 6 fördert in einer Durchströmungsrichtung 10 Umgebungsluft durch den Wärmeübertrager 1. Der Wärmeübertrager 1 kann um einen Anstellwinkel 7 gekippt, bezogen auf die Lotrichtung und/ oder das Gebläse 6, angeordnet sein. Der Anstellwinkel 7 kann beispielsweise 5° [Grad] betragen. Dadurch kann sich an den Rohren 2 des Wärmeübertragers 1 bildendes Kondensat auf der dem Gebläse 6 abgewandten Seite in Richtung des Erdbodens 8 abfließen und kann so den Verbindungseinrichtungen 3, anschließend den Ablaufpunkten 11 der Verbindungseinrichtungen 3 und weiter der Ablaufführung 4 zugeführt werden. Im Bereich des unteren Endes der Ablaufführung 4 kann im Gehäuse des Außenteils der Wärmepumpe 5 ein Auslauf für das Kondensat vorgesehen sein.
  • Am Wärmeübertrager 1 kann zudem ein Temperatursensor 9 vorgesehen sein, mit dem gemäß des Schrittes a) des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur Frostsicherung des Wärmeübertragers 1 eine Temperatur erfasst werden. Der Temperatursensor 9 kann mit einem, ein hier vorgeschlagenes Verfahren durchführenden, Regel- und Steuergerät 12 verbunden sein. Die Ablaufführung 4 kann eine Heizeinrichtung aufweisen oder als Heizstab ausgeführt sein.
  • Gemäß Schritt b) des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann nach einem Unterschreiten eines Grenzwertes, der eine Forstgefahr anzeigen und auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes 12 hinterlegt sein kann, die Heizeinrichtung der Ablaufführung 4 einschalten und so ein Einfrieren des Kondensats verhindern bzw. ein Auftauen bewirken. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 12 auch mit der Ablaufführung 4 bzw. einer dort angeordneten Heizeinrichtung elektrisch verbunden sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmeübertrager
    2
    Rohr
    3
    Verbindungseinrichtung
    4
    Ablaufführung
    5
    Wärmepumpe
    6
    Gebläse
    7
    Anstellwinkel
    8
    Erdboden
    9
    Temperatursensor
    10
    Durchströmungsrichtung
    11
    Ablaufpunkt
    12
    Regel- und Steuergerät

Claims (14)

  1. Wärmeübertrager (1), aufweisend eine Vielzahl von im vorgesehenen Einbauzustand weitestgehend senkrecht und parallel angeordneter Rohre (2), die über mindestens eine Verbindungseinrichtung (3) verbunden sind, wobei die mindestens eine Verbindungseinrichtung (3) im Einbauzustand weitestgehend waagerecht angeordnet und derart geformt ist, dass im Einbauzustand sich an den Rohren (2) bildendes Kondensat in Richtung eines Ablaufpunktes (11) der Verbindungeinrichtung (3) fließt.
  2. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Abschnitt der mindestens einen Verbindungseinrichtung (3) u-förmig oder v-förmig ausgebildet ist.
  3. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Ablaufpunkt (11) eine Ableiteinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist von den Rohren (2) ablaufendes Kondensat von den Rohren (2) des Wärmeübertragers (1) wegzuführen.
  4. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 4, wobei die Ableiteinrichtung eine Schweißnaht ist.
  5. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Heizeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Wärme in den mindestens einen Ablaufpunkt (11) einzubringen.
  6. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Verbindungseinrichtungen (3) parallel angeordnet sind.
  7. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 6, aufweisend mindestens eine Ablaufführung (4), die die Ablaufpunkte (11) der Verbindungseinrichtungen (3) miteinander verbindet.
  8. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, wobei die Ablaufführung (4) beheizbar ist.
  9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, wobei die Ablaufführung (4) ein Heizstab ist.
  10. Wärmepumpe (5), aufweisend einen Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  11. Wärmepumpe (1) nach Anspruch 10, wobei der Wärmeübertrager (1) in der Wärmepumpe (5) um einen Anstellwinkel (7) gekippt angeordnet ist, dass ein Ablaufen von Kondensat in Richtung der Verbindungseinrichtung (3) aufgrund der Schwerkraft begünstigt wird.
  12. Verfahren zur Frostsicherung eines Wärmeübertragers (1) nach einem der Ansprüche 5, 8 oder 9, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    a) Erfassen eines Parameters der einen Rückschluss auf ein Einfrieren oder eine verminderte Durchströmbarkeit des Wärmetauschers (1) zulässt,
    b) Inbetriebnahme einer Heizeinrichtung oder eines Heizstabes, die/der Wärme in mindestens einen Ablaufpunkt (11) einbringt, wenn der in Schritt a) erfasste Parameter unter einem Grenzwert liegt.
  13. Computerprogramm eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 12.
  14. Regel- und Steuergerät (12) einer Wärmepumpe (5) nach Anspruch 10 oder 11 eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 11.
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