DE102017118433A1 - Wärmetauscher für einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät, Rohrverbindungselement und Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpeneinrichtung (1) für ein Haushaltsgerät, wobei der Wärmetauscher (2, 3) ein Rohrleitungssystem bestehend aus miteinander über Rohrverbindungselemente verbundenen Kältemittelrohren (4) zur Bildung eines geschlossenen Kreislaufs zum Leiten eines Kältemittelstroms durch den Wärmetauscher (2, 3) umfasst. Um einen verbesserten Wärmeübertauscher für einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät sowie eine verbesserte Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät zu schaffen, ist in Strömungsrichtung des Kältemittelstroms durch den Wärmetauscher (2, 3) mindestens ein Rohrverbindungselement (5) angeordnet ist, welches den Kältemittelstrom in mindestens zwei parallel durchströmte Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (4) überführt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät und eine Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät sowie ein Rohrverbindungslelemnt.
- In Haushaltsgeräten, die mit thermischer Energie arbeiten, wie beispielsweise Wäschebehandlungsmaschinen oder Geschirrspülmaschinen, wird Kältemittel eingesetzt, das beispielsweise in einem Wärmetauscher einer Wärmepumpeneinrichtung des Haushaltsgeräts zirkuliert.
- Aus der
DE197 09 176 A1 ist ein Lamellenwärmetauscher mit parallel zueinander angeordneten Lamellen bekannt, die von einem Rohrleitungssystem zum Leiten eines Kältemittelstroms durch den Wärmetauscher durchsetzt sind. - Bei Wäschebehandlungsmaschinen wie Wäschetrocknern kommen Wärmepumpeneinrichtungen mit Lamellenwärmetauschern zum Einsatz, bei denen in der Regel lange U-förmige Rohre durch einen Block aufeinanderliegender Lamellen geschoben und anschließend aufgeweitet werden, um einen guten Wärmeübergang zu erzielen. Der Durchflussweg des Kältemittels durch den Wärmetauscher wird durch Verbinden der U-Bögen mit 180°-Rohrbögen auf der offenen U-Bogenseite erreicht. Dadurch ergibt sich eine Verschaltung der in dem Lamellenpaket angeordneten Rohre. Die 180°-Rohrbögen werden mit den U-Bögen verlötet, um so ein Rohrleitungssystem mit mehreren Kältemittelrohren zur Bildung eines geschlossenen Kreislaufs zu erhalten. Üblicherweise kommen Wärmetauscher mit einer gleichen Anzahl an Kältemittelkreisen zum Einsatz. Um den Druckverlust im Wärmetauscher zu begrenzen sind auch sogenannte mehrkreisige Wärmetauscher bekannt. Dabei sind die Wärmetauscher mit einer gleichen Anzahl an Kältemittelkreisen bzw. parallel vom Kältemittel durchströmten Kältemittelleitungen ausgebildet. Dies führt dazu, dass insbesondere bei einer großen Unterkühlung des Kältemittels sehr geringe Massenstromdichten vorliegen und somit schlechtere innere Wärmeübergänge zu den Lamellen. Um die gewünschte Unterkühlung zu erreichen, werden sehr viele Kältemittelrohre benötigt, was zu einer großen Kältemittelmenge und hohen Materialkosten führt. Die benötigten Verteiler sind kostenintensiv und halten ebenfalls eine relativ hohe Kältemittelmenge vor.
- Außerdem sind sogenannte Mehrkreisverdampfer bekannt, bei denen Kältemittel mittels eines Verteilers über mehrere Verteilerkanäle zu den entsprechenden einzelnen Kreisen der Mehrkreisverdampferanordnungen gelangt (
DE 43 33 421 C2 ). - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wärmetauscher für einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät zu schaffen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wärmetauscher für einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät, ein Rohrverbindungselement und eine Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
- Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Überführung des Kältemittelstroms in mindestens zwei parallel durchströmte Kältemittelrohrabschnitte eine Verbesserung der Energieeffizienz erreicht wird. Es ist besonders vorteilhaft, dass dadurch die Gesamtzahl der die Lamellen des Wärmetauschers durchsetzenden Kältemittelrohrabschnitte verringert werden kann und so Material – und Herstellkosten reduziert werden können. Eine Optimierung der Kältemittelströmung wird durch die besondere Ausbildung eines Rohrverbindungselements mit y-förmig zu einem Anschlussrohr angeordneten Rohrbögen erreicht.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
-
1 eine schematische Darstellung einer Wärmetauscheranordnung für eine Wärmepumpeneinrichtung, -
2 eine erste Variante der Verschaltung der Kältemittelrohrabschnitte innerhalb des Wärmetauschers, -
3 eine zweite Variante der Verschaltung der Kältemittelrohrabschnitte innerhalb des Wärmetauschers, -
4 eine Ansicht eines Wärmetauscherblocks gemäß einer ersten Variante für die Verschaltung der Kältemittelrohrabschnitte, -
5 eine perspektivische Darstellung eines Rohrverbindungselementes, -
6 das Rohrverbindungselement5 in der Draufsicht -
7 eine Teilansicht eines Wärmetauscherblocks mit einer weiteren Ausführungsform des Rohrverbindungselements5 , -
8 die Ausführungsform des Rohrverbindungselements5 gemäß7 in der Draufsicht, -
9 eine perspektivische Darstellung eines Rohrverbindungselementes gemäß7 . -
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpeneinrichtung1 für ein Haushaltgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel. In1 handelt es sich bei dem Haushaltgerät um einen beispielhaften Wäschetrockner mit einer Wärmepumpeneinrichtung1 . Es kann sich bei dem Haushaltsgerät auch um ein beliebiges anderes Gerät handeln, das im Haushalt eingesetzt wird und in dem ein Kältemittel als Arbeitsmedium eingesetzt wird, beispielsweise eine Waschmaschine oder eine Geschirrspülmaschine. - Der Aufbau von Wärmepumpeneinrichtungen für Wäschetrockner ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Die Wärmepumpeneinrichtung
1 weist einen den Verflüssiger bildenden ersten Wärmetauscher2 und einen den Verdampfer bildenden zweiten Wärmetauscher3 auf. Die hier nicht näher dargestellten Lamellen der Wärmetauscher2 ,3 sind quer zur Strömungsrichtung der über die Wärmetauscher2 ,3 geführten Prozessluft PL eines Wäschetrockners mit Kältemittelrohren4 durchsetzt sind. Die Kältemittelrohre4 sind in bekannter Weise als lange U-förmige Rohre durch einen Block aufeinanderliegender Lamellen geschoben und anschließend aufgeweitet, um einen guten Wärmeübergang zu erzielen. Der Durchflussweg des Kältemittels durch einen Wärmetauscher2 ,3 wird durch Verbinden der U-Bögen mit 180°-Rohrbögen auf der offenen U-Bogenseite erreicht. Dadurch ergibt sich eine Verschaltung der in dem Lamellenpaket angeordneten Kältemittelrohre. Die 180°-Rohrbögen werden mit den U-Bögen verlötet, um so ein Rohrleitungssystem mit mehreren Kältemittelrohren4 zur Bildung eines geschlossenen Kreislaufs zu erhalten. - Im Folgenden wird der Kältemittelkreislauf und die Führung des Kältemittelstroms ausgehend von der Hochdruckseite HD des hier nicht dargestellten Kompressors der Wärmepumpeneinrichtung
1 über die Kältemittelrohre4 des ersten Wärmetauschers2 beschrieben. Das Kältemittel tritt bei diesem Ausführungsbeispiel über mindestens zwei parallel durchströmte Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte gasförmig in den den Verflüssiger der Wärmepumpeneinrichtung1 bildenden ersten Wärmetauscher2 ein. Im Verflüssiger nimmt die Dichte des Kältemittels beim Durchströmen des Wärmetauschers2 zu, das Kältemittel wird enthitzt und der Flüssiganteil des Kältemittels nimmt in Strömungsrichtung KM zu. Mit zunehmender Dichte sinkt die Strömungsgeschwindigkeit. An geeigneter Stelle im Strömungsweg ist deshalb ein Rohrverbindungselement5 angeordnet, welches den Kältemittelstrom aus den parallel durchströmten Kältemittelrohren4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte in eine gemeinsame Kältemittelleitung überführt. Dabei wird der Strömungsquerschnitt sowie die Anzahl der Kältemittel führenden Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte reduziert. Diese erste Variante der Verschaltung der Kältemittelrohrabschnitte innerhalb des Wärmetauschers2 ist in2 schematisch dargestellt. Ausgehend vom Verflüssiger strömt das Kältemittel über einen Kältemitteltrockner6 und eine Kapillare7 in mindestens ein Kältemittelrohr4 des den Verdampfer der Wärmepumpeneinrichtung1 bildenden zweiten Wärmetauscher3 . Im Verdampfer nimmt die Dichte des Kältemittels in Strömungsrichtung KM des Kältemittels zu. An geeigneter Stelle im Strömungsweg ist deshalb ein Rohrverbindungselement5 angeordnet, welches den Kältemittelstrom aus der hier gezeigten einen Kältemittelleitung in zwei parallel durchströmte Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte überführt. Der Kältemittelkreislauf schließt, indem das Kältemittel zur Niederdruckseite ND des Kompressors geleitet wird. - In
3 ist eine weitere Variante für eine Verschaltung der Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte innerhalb des Wärmetauschers2 ,3 schematisch dargestellt.3 zeigt auf der Kältemitteleintrittsseite vier parallel durchströmte Kältemittelrohre4 die hier über Rohrverbindungselemente5 an geeigneter Stelle in zwei Kältemittelleitungen und dann in Richtung Austrittsseite über ein weiteres Rohrverbindungselement in eine austretende Kältemittelleitung überführt werden. Die Verschaltung der Kältemittelrohre4 ist in einer ersten Variante in dem den Verdampfer bildenden Wärmetauscher3 der Wärmepumpeneinrichtung entsprechend umgekehrt, also symmetrisch ausgelegt. Je nach Auslegung der Wärmepumpeneinrichtung, kann aber auch eine asymmetrische Verschaltung der Kältemittelrohre4 vorteilhaft sein. Mit asymmetrisch ist hier beispielsweise gemeint, dass die Kältemittelrohre4 innerhalb eines Wärmetauschers2 ,3 von einer 4-2-1 Verschaltung, wie sie in3 gezeigt ist auf eine 1-2 Verschaltung, wie sie in2 gezeigt ist, überführt werden. Weitere Varianten der Verschaltungen der Kältemittelrohre4 sind in Abhängigkeit der Gesamtzahl der erforderlichen Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte und Größe der Wärmetauscher2 ,3 möglich. -
4 zeigt einen Wärmetauscherblock bestehend aus Verdampfer und Verflüssiger gemäß der schematischen Darstellung in1 . Mit4.1 sind die U-Bögen bezeichnet, die die Kältemittelrohre4 zu einem Rohrleitungssystem verbinden. Ein Rohrverbindungselement5 verbindet hier zwei parallel durchströmte Kältemittelleitungen zu einer einzigen weiterführenden Kältemittelleitung. Das Rohrverbindungselement5 ist in Strömungsrichtung des KM angeordnet und übernimmt im Verflüssiger die Funktion eines Kältemittelsammlers, indem es mindestens zwei Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte zu einer weiterführenden Kältemittelleitung verbindet. Im Verdampfer übernimmt das Rohrverbindungselement die Funktion des Verteilers, indem es den Kältemittelstrom aus einer Kältemittelleitung auf zwei weiterführende Kältemittelleitungen (Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte) verteilt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine symmetrische 2-1 Verschaltung von Verdampfer und Verflüssiger dargestellt. So ist je Wärmetauscher2 ,3 ein Rohrverbindungselement5 vorgesehen. Je nach Auslegung der Wärmepumpeneinrichtung1 bezüglich Zahl der Kältemittelrohre4 und Größe der Wärmetauscher2 ,3 können aber auch mehrere Rohrverbindungselemente5 symmetrisch oder asymmetrisch auf den Verdampfer und Verflüssiger verteilt vorgesehen werden. - In
5 ist das Rohrverbindungselement als Einzelheit perspektivisch dargestellt. Das Rohrverbindungselement5 verbindet zwei parallel vom Kältemittel durchströmte Kältemittelrohre4 bzw. Kältemittelrohrabschnitte zu einer weiterführenden Kältemittelleitung. Dabei werden zwei Rohrbögen8 zu einem Anschlussrohr9 zusammengeführt. Die Rohrbögen8 werden vorzugsweise Y-förmig zu einem Anschlussrohr9 zusammengeführt. Das Anschlussrohr9 kann je nach Positionierung des Rohrverbindungselements5 innerhalb des Wärmetauschers2 ,3 bzw. im Strömungsabschnitt des Kältemittelstroms mit kleinerem, gleichem oder größerem Rohrquerschnitt als die zuführenden bzw. abführenden Kältemittelrohre4 ausgebildet sein. Die Y-förmige Zusammenführung ist strömungsoptimiert ausgebildet, wobei die Rohrbögen8 vorzugsweise unter einem Winkel von bis zu 45° bezogen auf die Achse des Anschlussrohres9 angestellt sind (siehe6 ). Durch die winklige Anstellung der Rohrbögen8 wird das Kältemittel widerstandsarm geführt, was zu einer gleichmäßigeren Verteilung in den Strömungslinien der Kältemittelrohre4 führt. Die Biegeradien der Rohrbögen8 sind strömungsoptimiert vorzugsweise in einem Biegeverhältnis von Rohrdurchmesser x 1,8 bis 2,2 ausgebildet. -
7 zeigt eine Teilansicht eines Wärmetauscherblocks mit einer weiteren Ausführungsform eines Rohrverbindungselements5 . Dieses Rohrverbindungselement5 kann alternativ zu dem in4 gezeigten Verbindungselement T eingesetzt werden. Das Rohrverbindungselement5 ist in der8 als Einzelheit in der Draufsicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Rohrbögen8 und das Anschlussrohr9 ebenfalls y-förmig vorzugsweise unter einem Winkel von 120° zueinander angeordnet. Bezogen auf die durch das Anschlussrohr9 führende Symmetrielinie S ist auch ein Winkel von 90–150° möglich.9 zeigt eine perspektivische Darstellung des Rohrverbindungselements gemäß8 . Das Anschlussrohr9 und die Rohrbögen8 sind bogenförmig derart ausgeführt, dass die Anschlussenden8‘ und9‘ der Rohrbögen8 auf einer gemeinsamen Anschlussebene, die zum Beispiel durch eine Wandfläche des Wärmetauschers gebildet wird, liegen. Durch die winklige Anstellung der Rohrbögen8 und des Anschlussrohres9 wird das Kältemittel widerstandsarm zu- bzw. abgeführt. Das Kältemittel wird dadurch gleichmäßiger auf die Kreise verteilt bzw. aus den Kreisen abgeführt und der Druckverlust ist kleiner. Um eine geringe Bauhöhe bezogen auf die Anschlussebene zu erreichen, sind die Biegeradien der Rohrbögen8 und des Anschlussrohres strömungsoptimiert vorzugsweise in einem Biegeverhältnis von Rohrdurchmesser x 1,3 ausgebildet. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 19709176 A1 [0003]
- DE 4333421 C2 [0005]
Claims (8)
- Wärmetauscher für einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpeneinrichtung (
1 ) für ein Haushaltsgerät, wobei der Wärmetauscher (2 ,3 ) ein Rohrleitungssystem bestehend aus miteinander über Rohrverbindungselemente verbundenen Kältemittelrohren (4 ) zur Bildung eines geschlossenen Kreislaufs zum Leiten eines Kältemittelstroms durch den Wärmetauscher (2 ,3 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kältemittelstroms durch den Wärmetauscher (2 ,3 ) mindestens ein Rohrverbindungselement (5 ) angeordnet ist, welches den Kältemittelstrom in mindestens zwei parallel durchströmte Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (4 ) überführt. - Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der parallel durchströmten Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (
4 ) in Strömungsrichtung des Kältemittels mittels des Rohrverbindungselements (5 ) reduziert oder erhöht wird. - Wärmetauscher nach Anspruch 2, der einen Verflüssiger der Wärmepumpeneinrichtung (
1 ) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der parallel durchströmten Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (4 ) in Strömungsrichtung des Kältemittels mittels des Rohrverbindungselements (5 ) reduziert wird. - Wärmetauscher nach Anspruch 2, der einen Verdampfer der Wärmepumpeneinrichtung (
1 ) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der parallel durchströmten Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (4 ) in Strömungsrichtung des Kältemittels mittels des Rohrverbindungselements (5 ) erhöht wird. - Wärmetauscher nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrverbindungselement (
5 ) die Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (4 ) Y-förmig zu einem Anschlussrohr (9 ) in eine weiterführende Kältemittelleitung zusammenführt. - Wärmepumpeneinrichtung (
1 ) für ein Haushaltsgerät umfassend einen den Verflüssiger bildenden ersten Wärmetauscher (2 ) und einen den Verdampfer bildenden zweiten Wärmetauscher (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung der Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (4 ) innerhalb der Wärmetauscher (2 ,3 ) symmetrisch zueinander ausgelegt ist. - Wärmepumpeneinrichtung für ein Haushaltsgerät umfassend einen den Verflüssiger bildenden ersten Wärmetauscher (
2 ) und einen den Verdampfer bildenden zweiten Wärmetauscher (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung der Kältemittelrohre bzw. Kältemittelrohrabschnitte (4 ) innerhalb der Wärmetauscher (2 ,3 ) asymmetrisch zueinander ausgelegt ist. - Rohrverbindungselement (
5 ) für einen Wärmetauscher nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch, y-förmig zu einem Anschlussrohr (9 ) angeordnete Rohrbögen8 .
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Country | Link |
---|---|
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DE102021133803A1 (de) | 2021-12-20 | 2023-06-22 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | Lamellenrohr-Wärmeübertrager, Verdampfer und Wärmepumpe |
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-
2017
- 2017-08-14 DE DE102017118433.3A patent/DE102017118433A1/de active Pending
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