DE202004009559U1

DE202004009559U1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE202004009559U1
Application number: DE202004009559U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2014-06-17

Abstract

Wärmetauscher mit einem nach oben offenem, drucklosem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen Teil (22) eines Innenraumes (2) des Wärmetauschers (1) eine direkte Wärmeübertragung von kondensiertem Kältemitteldampf auf im Gegenstrom hindurchfliesendes Frischwasser stattfindet und dass eine indirekte Wärmeübertragung im unteren Teil (23) des Innenraumes (1) des Wärmetauschers (1) vorgesehen ist.

Description

Solche bekannten Wärmetauscher werden meist in Niedrigenergie-Häusern verwendet, die mit einer Wärmepumpe und Solaranlagen ausgerüstet sind. Sie haben aber meist den Nachteil, dass ihr Frischwasser auf eine viel zu hohe Temperatur aufgeheizt wird, so zwischen 70 bis 80°Celsius, was nicht nur zu einem großen Energieverlust, sondern auch zu verstärkten Kalkablagerungen und zu Rohrkorrosion führt. Kürzere Wartungsintervalle sind dann notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeichneten Nachteile zu vermeiden und einen Wärmetauscher zu schaffen, bei dem das Frischwasser gewöhnlich nur auf 40°C aufgeheizt wird. Das spart Energie und mindert Kalkablagerungen. In besonderen Fällen, vorzugsweise im Sommer, soll aber auch eine höhere Frischwasser-Temperatur zumindest kurzzeitig zu erreichen sein. Schließlich sollen auch die Legionellen pneumophila, die Legionärslσankheits-Erreger, in Schach gehalten werden, die in Warmwasserleitungen auftreten können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Ausspruches 1 ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche, sowie aus der Beschreibung und der Zeichnung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Wärmetauscher im Schnitt durch seine Wandung
2 einen Querschnitt durch ein doppelwandiges Rohr in der Schnittebene II–II von 1 und
3 einen Längsschnitt durch das Rohr nach 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Wärmetauscher 1 auch „Boiler" genannt, ist nach oben undicht, also offen ausgeführt. Er ist in einen oberen Teil 22 und einen unteren Teil 23 aufgeteilt. In seinem Innenraum 2 ist er drucklos. Gefüllt ist der Innenraum 2 mit einem eutektischen Trägermedium, in einfachster Weise aber lediglich mit Wasser. In den Innenraum 2 sind über acht Anschlüsse vier Leitungen hinein und vier Leitungen wieder herausgeführt. Ein erster Leitungsanschluss 3 ist für die Einleitung von Frischwasser bestimmt, also für Kaltwasser. Das Frischwasser fließt vom Leitungsanschluss 3 über eine Frischwasserleitung 4 durch den Innenraum 2 hindurch und erwärmt sich. Über einen Leitungsanschluss 5 verlässt dann das erwärmte Frischwasser wieder den Innenraum 2. Desweiteren gibt es im Wärmetauscher 1 eine Kältemittelleitung 6, die von einem –Kältemittel- Einlassanschluss 7 über den Innenraum 2 zu einem Kältemittel Auslassanschluss 8 geführt ist. Außerdem sind ein Einlassanschluss 9 und ein Auslassanschluss 10 für eine durch den Innenraum 2 führende Leitung 11 zur Versorgung einer Niedertemperaturheizung vorgesehen. Schließlich gibt es noch eine Solar-Anlage, die einen Einlassanschluss 12 und einen Auslassanschluss 13 für eine im Wärmetauscher verlaufende Solarleitung 14 aufweist. Und weiter ist am Wärmetauscher 1 eine elektrische Widerstandsheizung 15 installiert, die mit einem Heizstab 15 in den Innenraum 2 hineinragt und es befindet sich an der Außenwand des Wärmetauscher 1 eine Isolierung 17 (Wärmedämmung), die Wärmeverluste nach außen vermeidet. Ein eutektisches Trägermedium im Innenraum 2 des Wärmetauschers 1 träge die Bezugszahl 18, und zwei besondere Bereiche der Wärmeübertragung sind mit den Bezugszahlen 19 und 20 versehen, wobei die Übertragung der Wärmeenergie des überhitzten Kältemittels auf das Frischwasser im Bereich 20 direkt und koaxial im oberen Teil 22 des Innenraums 2 erfolgt.
In den 2 und 3 ist diese Wärmeübertragung in dem koaxial verlaufenden Bereich 20 noch einmal in vergrößertem Maßstab im doppelwandigen Rohr dargestellt und zwar die Wärmeübertragung von der inneren Kältemittelleitung 6 an den Leitungsstrom von Frischwasser in der Frischwasserleitung 4 im Ringrohr 21. Die 3 lässt dabei außerdem ein wesentliches Merkmal der Erfindung erkennen:
Innen im Ringrohr 21 strömt das Kältemittel, in dem Ringraum des Ringrohres fließt dagegen das Frischwasser und zwar entgegen der Strömungsrichtung des Kältemittels, also im Gegenstrom.
Wirkungsweise
Zuerst soll die Frischwassererwärmung und die Heizung:
Im Winterbetrieb beschrieben werden, wobei die Fußbodenheizung im indirekten Betrieb erfolgt Das Frischwasser tritt über den Leitungsanschluss 3 in den mit Trägermedium 18 gefüllten Innenraum 2 ein. Die Frischwasserleitung 4 kann sowohl als Rohr als auch als Rippenrohrwendel ausgeführt sein.
Das Trägermedium 18 weist eine Temperatur von 40°C bis 45°C auf und überträgt seine Energie indirekt über die Frischwasserleitung 4 auf das durchströmende Frischwasser. Dabei erwärmt sich das Frischwasser entsprechend seiner Fließgeschwindigkeit und gelangt dann koaxial in den Ringbereich 20 im oberen Teil 22 des Innenraumes 2. Der im Gegenstrom überhitzte Kältemitteldampf in der Leitung 6 (etwa 90°C) erwärmt das durchfließende Frischwasser weiter und zwar im direkten Wärmeaustausch auf die jeweils gewünschte Temperatur. Diese Temperatur liegt dann wesentlich höher als die Temperatur des Trägermediums 18. Durch den überhitzten Kältemittedampf von 90 °C werden zudem eventuell im Leitungssystem vorhandene Legionellen eliminiert. Zum Kältemittel selbst ist noch auszuführen, dass an Stelle des Kältemittels auch jeder andere Energieträger mit entsprechendem Temperaturniveau verwendet werden kann.
Nach Austritt der Kältemitteleitung 6 aus dem Ring des Rohres der Frischwasserleitung 4 findet bei Nichtabnahme von Frischwasser im internen Teil 23 eine indirekte Wärmeübertragung auf die Leitung 11 für die Fußbodenheizung über das Trägermedium 18 statt.
Im Sommerbetrieb übernimmt die Erwärmung des Trägermediums 18 vorzugsweise die Solarleitung 14. Eine indirekte Energieübertragung erfolgt von dem Trägermedium 18 auf die Frischwasserleitung 4 im Bereich 19 bzw. 20. Die Not- bzw. Ersatzversorgung wird über den Heizstab 16 zur Frischwassererwärmung und zur Heizung (Fußbodenheizung) durchgeführt.
Als Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung sind zu nennen:

1. Durch die Erfindung des eutektischen Trägermediums 18 in einem Temperaturbereich zwischen 45°C bis 55°C erhöht sich durch den Eintrag latenter Energie die Kapazität des Trägermediums um etwa 50%, was sich positiv auf die Temperaturstabilisierung bei der Frischwassererwärmung auswirkt. Durch die Verwendung zweier in Reihe hintereinander geschalteter Wärmeübertrager zur Frischwassererwärmung, (in jeweils indirekter Energieübertragung), ist die Erzeugung von frischem Warmwasser ausreichend sichergestellt.
2. Da die Vorhaltetemperatur von etwa 40°C sehr nieder ist, ist die Einrichtung für den Einsatz von Wärmepumpen besonders geeignet. Eine hohe Arbeitszahl (COP-Wert) der Wärmepumpe ist somit ermöglicht. Damit können die Wärmeübertrageroberflächen deutlich kleiner ausgeführt werden als beim Stand der Technik.
3. Ganz wichtig ist es, dass es für temporäre Anwendungen nun möglich ist, die Erwärmung des Frischwassers auf eine Temperatur zu bringen, die deutlich über der Trägermedium-Temperatur liegt und somit die Wirtschaftlichkeit enorm gesteigert wird.
4. Im direkten Austausch von Frischwasser zum überhitztem Kältemittel von 75°C bis 85°C wird das Legionellenproblem elegant gelöst.

1.: Wärmetauscher
2.: Innenraum
3.: Leitungsanschluss
4.: Frischwasserleitung
5.: Leitungsanschluss
6.: Kältemittelleitung
7.: Kältemitteleinlassanschluss
8.: Kältemittelauslassanschluss
9.: Einlassanschluss
10.: Auslassanschluss
11.: Leitung (Fußbodenheizung)
12.: Einlassanschluss
13.: Auslassanschluss
14.: Solarleitung
15.: Widerstandsheizung
16.: Heizstab
17.: Isolierung
18.: eutektisches Trägermedium
19.: Bereich
20.: Bereich
21.: Ringrohr
22.: oberer Teil
23.: unterer Teil

Claims

Wärmetauscher mit einem nach oben offenem, drucklosem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen Teil (22) eines Innenraumes (2) des Wärmetauschers (1) eine direkte Wärmeübertragung von kondensiertem Kältemitteldampf auf im Gegenstrom hindurchfliesendes Frischwasser stattfindet und dass eine indirekte Wärmeübertragung im unteren Teil (23) des Innenraumes (1) des Wärmetauschers (1) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wärmeübertragung in dem oberen Teil (22) des Innenraumes (2) ein doppelwandiges Rohr verwendet ist, in welchem im Innenrohr Kältemitteldampf kondensiert und im Zwischenraum vom Innen- zum Außenrohr das zu erwärmende Frischwasser fließt.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel und das Frischwasser im doppelwandigen Rohr zu einem optimalen Wärmeaustausch im Gegenstrom geführt sind. (3)
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das überhitzte Kältemittel das im Ringrohr (21) in Gegenrichtung fließende Frischwasser in direkter Weise auf eine jeweils gewünschte Wassertemperatur aufheizbar ist, die höher sein kann, als die vorherrschende Temperatur des Trägermediums (18)
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragung einer Solaranlage (14) auf das Frischwasser in dem unteren Teil (23) des Wärmetauschers (1) auf indirekte Weise erfolgt und dass das dort durchfließende Frischwasser allein unter Einwirkung der Sonnenenergie auf eine höhere Temperatur als die üblichen 40° Celsius das Trägermedium (18) anhebbar ist.
Wärmetauscher nach einem Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine indirekte Wärmeübertragung auf den Wärmetauscher (14) der Niedertemperaturheizung erfolgt.