DE3010133A1

DE3010133A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3010133A1
Application number: DE19803010133
Authority: DE
Inventors: Josef 8031 Gilching Refle
Original assignee: Guentner Hans GmbH
Current assignee: Guentner Hans GmbH
Priority date: 1980-03-15
Filing date: 1980-03-15
Publication date: 1981-09-24

Description

Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Wärmeaustauscher, insbesondere Kondensator einer Kältemaschinen-Anlage, bestehend aus einem Rippenrohrschlangen-System, das mindestens einen oberen Mediumeintritt und einen unteren Flüssigkeitsaustritt aufweist.

Solche luftgekühlten Wärmeaustauscher insbesondere Kondensatoren sind bekannt. Das vom Kompressor kommende Heißgas tritt in das Rohrschlangensystem ein, welches unter Verwendung eines oder mehrerer Gebläse mit Umgebungsluft gekühlt wird, um das Kältemittelgas zu kondensieren und als Flüssigkeit aus dem Kondensator abzuziehen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, den Wärmeaustauscher
so auszubilden, daß mindestens ein Teil der dem Kältemittel Heißgas innewohnenden Wärmeenergie rückgewonnen werden kann. Der Wärmeaustauscher soll dabei unter Verwendung von Normbauteilen eine leichte industrielle
Fertigung erlauben.

Diese.Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß dem Mediumeintritt ein flüssigkeitsgekühlter Doppelrohr-Wärmeaustauscher vorgeschaltet ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß der Betrieb des Kondensators Energie kostet, da das Gebläse angetrieben werden muß und daß weiterhin die von der
Kühlluft aufgenommene Wärme in die Atmosphäre abgegeben wird. Der normale Kondensatorbetrieb ist also in
doppeltem Sinn verlustreich. Schaltet man nun dem
Heißgaseintritt einen Flüssigkeitskühler vor, so kann mindestens ein Teil der zur Kondensation des Heißgases notwendigen Wärme durch die sich erwärmende Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser aufgefangen, also zurückgewonnen werden_y um damit zu heizen oder warmes Brauchwasser zu erzeugen.

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Obwohl die Erfindung besonders für Kältemaschinen-Kondensatoren geeignet ist, so ist das erfindungsgemäße Prinzip für alle luftgekühlten Wärmeaustauscher verwendbar/ in denen das einströmende Medium abzukühlen ist.

Besondere Vorteile der Erfindung geben sich dann, wenn der luftgekühlte Wärmeaustauscher mehrere mediumseitig, insbesondere also kältemittelseitig getrennte Rohrschlangen aufweist, deren getrennten Mediumeintrittsstellen jeweils ein flüssigkeitsgekühlter Doppelrohrwärmeaustauscher vorgeschaltet ist. Bei solchen luft- · gekühlten Kondensatoren mit z.B. χ Rohrschlangen, die in parallelen Vertikalebenen nebeneinander liegen, werden χ Doppelrohrwärmeaustauscher parallel nebeneinander stehend vorgeschaltet, die alle von gleicher Größe sind, sodaß eine industrielle Fertigung gewährleistet ist und ein geringer zusätzlicher Raumbedarf benötigt wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal ergibt sich daraus, daß jeweils mehrere Rohrschlangen mediumseitig, sprich kältemittelseitig durch einen Verteiler und einen, {Sammler zu Gruppen zusammengefaßt sind, daß jeder Rohrschlange jeder Gruppe ein eigener Doppelrohrwärmeaustauscher

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zugeordnet ist und daß die Kühlflüssigkeitsanschlüsse aller Doppelrohrwärmeaustauscher gruppenweise mit je

einem eigenen Verteiler und einem eigenen Sammler verbunden sind.

Luftgekühlte Mehrkreislaufverflüssiger sind bekannt. Die einzelnen Gruppen von Rohrschlangen werden von unterschiedlichen Kältemaschinen beschickt, die auch häufig nicht gleichzeitig in Betrieb sind. Dank der kühlflüssigkeits-seitigen Unterteilung entsprechend der kältemittel-seitigen Unterteilung ist nun eine ggf. automatische Regelung der Kühlflüssigkeit derart möglich, daß das Kühlwasser nur diejenigen Doppelrohrwärmeaustauscher durchströmt, deren Heißgasleitungen von momentan laufenden Kältemaschinen-Anlagen beschickt werden. Auf diese Weise werden höchstmögliche Kühlwassertemperaturen erreicht, was nicht der Fall wäre, wenn das Kühlwasser gleichzeitig auch die Doppelrohrwärmeaustauscher von nicht in Betrieb befindlichen Kältemaschinen-Anlagen durchströmen würde.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht nun darin, daß jede Rohrschlange mit einem, vor dem Mediumeintritt in den Wärmeaustauscher liegenden vertikal nach oben stehenden Zuleitungsrohr ver-

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bunden ist, das mindestens teilweise von einem Mantel umgeben ist, und daß der Ringraum untere und obere Flüssigkeitszu- und -ableitungsanschlüsse aufweist. In diesem Fall befinden sich die Kältemittelverteiler oberhalb der Doppelmantelrohre, obwohl es grundsätzlich möglich wäre, die Verteiler unmittelbar an die Rohrschlangeneintritte zu verlegen und dann für jeden Heißgasverteiler einen eigenen Flüssigkeitskühler, insbesondere Doppelrohrwärmeaustauscher vorzusehen. Dies würde aber bedeuten, daß diese Doppelrohrwärmeaustauscher je nach der Zahl der gruppenweise zusammengefaßten Rohrschlangen unterschiedliche Dimensionen haben müßten. Demgegenüber hat diese erfindungsgemäße Ausbildung den Vorteil, daß die Heißgasverteilung vor den flussigkeitsgekühlten Doppelrohrwärmeaustauschern stattfindet, sodaß alle Rohrleitungsstränge, die je eine eigene Kondensatorschlange beschicken, eigene gleichgroß dimensionierte Flüssigkeitskühler aufweisen.

Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung jedem Doppelrohrwärmeaustauscher kühlflüssigkeitsseitig ein Magnetventil zuzuordnen, wobei dann im Fall der Unterteilung in einzelne Rohrschlangengruppen die Ventile einer Gruppe synchron betätigt werden. Günstiger ist es jedoch in

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der Zuleitung zum Kühlflüssigkeitsverteiler oder in der Ableitung vom Kühlflüssigkeitssammler jeder Rohrschlangengruppe ein Absperrventil einzubauen, um auf diese Weise mit einem einzigen Ventil eine ganze Doppelrohr-Gruppe anzuschließen oder abzusperren. Diese Magnetventile werden entweder erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Temperatur des zu kühlenden Mediums, insbesondere am Verteiler gesteuert, derart, daß beim Temperaturanstieg in diesem Verteiler das Magnetventil öffnet, um die Kühlflüssigkeit durch die Doppelmantelrohre strömen zu lassen. Alternativ liegt es im Rahmen der Erfindung, die Magnetventile synchron mit dem Einschalten und Ausschalten der an-

geschlossenen Kältemaschinen-Anlagen zu steuern.

Obwohl der neuartige luftgekühlte Wärmeaustauscher gegenüber einer herkömmlichen Bauweise nur einen geringfügig größeren Herstellungsaufwand bedeutet, denn es werden nur vorgefertigte gleichgroße Doppelmantelrohre entsprechend der Zahl der Rohrschlangen im Kondensator benötigt, bringt die Erfindung eine erhebliche Energierückgewinnung. Heutige Kältemaschinen-Anlagen fahren mit Überhitzern Heißgas, das dann eine Temperatur von 60° Celsius bis 70° Celsius hat und es

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versteht sich, daß das durch die Kondensation dieses Heißgases erwärmte Kühlwasser als Brauchwasser oder für Heizzwecke verwendet werden kann.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, sei die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten luftgekühlten Kältemaschinen-Kondensators mit schematischer Darstellung der zusätzlichen Flüssigkeitskühlung zur Wärmerückgewinnung und

Figur 2 einen Vertikalschnitt durch den Kondensator gemäß Figur 1 mit Darstellung einer Rohrschlange und des vorgeschalteten Doppelmantelrohres.

Figur 1 zeigt einen allgemein mit 10 bezeichneten luftgekühlten Kondensator, der aus den Rohrschlangen 12 bis besteht, die alle gleich ausgebildet sind, in vertikalen Ebenen nebeneinander liegen und luftseitig durch ein ^amellenpaket 30 miteinander verbunden sind. Jede dieser

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Rohrschlangen 12 bis 28 besteht im Ausführungsbeispiel aus vier parallelen übereinanderliegenden horizontalen Rohren 32, die an der Hinterseite des Kondensators 10 mittels Rohrbögen 34 paarweise verbunden sind. An der Vorderseite sind die beiden mittleren Rohre 32 ebenfalls durch einen Rohrbogen 36 verbunden. Die unteren Rohre aller Rohrschlangen 12 bis 28 münden in einem oder mehreren Sammlern 38,4 0,42 und die jeweils oberen Rohre 32 aller Rohrschlangen sind mit entsprechenden Heißgasverteilern 44,46,48 verbunden. Bei einem herkömmlichen Kondensator befinden sich diese Verteiler unmittelbar an den jeweils oberen Rohren 32 der Rohrschlangen. Entsprechend dieser Erfindung schließt sich dagegen an jedes obere Rohr 32 aller Rohrschlangen außerhalb des Lamellenpaketes 30 ein Vertikälrohr 50 an, dessen oberes Ende in einen der Verteiler 44,46,48 mündet. Dieses Vertikalrohr 50, dessen Querschnitt demjenigen der Rohre 32 des Rohrschlangensystems entspricht, ist von einem Rohrmantel 52 umgeben und jeweils stirnseitig abgeschlossen, sodaß ein Ringraum 54 gebildet wird, der einen unteren Wasserzulaufanschluß 56 und einen oberen Wasserablaufanschluß 58 aufweist. Das Vertikalrohr 50 mit dem Mantel 52 und den Wasseranschlüssen 56,58 bildet einen Doppelrohr-

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Wärmeaustauscher 60. Es sind so viele Doppelrohrwärmeaustauscher vorgesehen, wie der luftgekühlte Kondensator 10 Rohrschlangen 12 bis 28 aufweist. Jeder Rohrschlange ist also ein eigener Doppelrohr-■'wärmeaustauscher vorgeschaltet und alle Doppelrohrwärmeaustauscher sind gleich groß, liegen parallel und in gleicher Höhe nebeneinander.

Sofern der Kondensator zu einer einzigen Kältemaschine gehört, bilden die Verteiler 44,45,48 genauso wie die Sammler 38,40,42 jeweils eine Einheit, sind also jeweils miteinander verbunden. Entsprechend müßten auch alle Doppelrohrwärmeaustauscher 60 hinsichtlich der Wasserzuläufe 56 und Wasserabläufe 58 parallel geschaltet sein. Im Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Mehrkreislauf verflüssiger dargestellt, bei dem die einzelnen Rohrschlangen gruppenweise parallel geschaltet sind. So gehören die Rohrschlangen 12,14,16 zu einem ersten Kältemittelkreislauf, dessen Heißgasleitung 62 den Verteiler 44 beschickt. Im Ausführungsbeispiel gehört der Kondensator 10 zu zwei weiteren Kältemaschinen-Anlagen, nämlich einer kleineren, für die nur zwei Rohrschlangen 18,20 ausreichen, welche vom Verteiler 46 beschickt werden und einer größeren, zu welchen die vier Rohrschlangen 22-28 gehören, die ihrerseits vom Verteiler

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beschickt werden. Wesentlich ist nun, daß die kühlwasserseitige Unterteilung genau derjenigen der kältemittelseitigen Unterteilung entspricht. Das heißt, die Wasserzuläufe 56 der ersten Wärmeaustauschergruppe (von links gesehen) sind mit einem Verteiler verbunden. Entsprechend ist an den oberen Enden der Doppelmantelrohre ein Sammler 66 vorgesehen, der mit den Wasserauslässen 58 verbunden ist. Entsprechendes gilt für die beiden anderen Wärmeaustauschergruppen. Es wird nocheinmal betont, daß die kältemittelseitige Verteilung der kühlwasserseitigen Verteilung entsprechen muß, nämlich zu einem Zweck, der nachstehend noch beschrieben wird.

Jeder der Verteiler 64 der drei Gruppen weist ein eigenes Wasserzuleitungsrohr auf. Entsprechend hat jeder der drei Sammler; 66 ein Wasserableitungsrohr. Entweder im Wasserzuleitungsrohr oder im Wasserableitungsrohr befindet sich für jede Gruppe ein Magnetventil, das in der Zeichnung der Übersicht halber nicht zusätzlich veranschaulicht ist. Hinter diesen Magnetventilen sind die jeweiligen Rohre mit einer Zulaufleitung bzw. einer Rücklaufleitung verbunden, die z.B. an einen Speicher angeschlossen werden kann.

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Es versteht sich, daß im Falle der Anordnung von Magnetventilen vor den Verteilern 64 die Sammler 66 unmittelbar zusammengeschaltet werden können, also durch einen gemeinsamen Sammler ersetzt werden können. Das Umgekehrte ist der Fall, wenn anschließend an die einzelnen Sammler 66 Magnetventile vorgesehen werden, denn in diesem Fall könnte ein durchgehender Verteiler für alle drei Gruppen vorgesehen werden. Das Ausführungsbeispiel ist jedoch insofern vorteilhafter, als genormte Sammler und Verteiler verwendet werden können, also solche für Zweiergruppen, Dreiergruppen usw.

Die Betriebsweise ist folgende. Läuft z.B. nur die, die mittlere Rohrschlangengruppe mit den Rohrschlangen 18,20 beaufschlagende Kältemaschinen-Anlage, so tritt nur Heißgas in den Kältemittelverteiler 46 ein. Dieser Verteiler erwärmt sich und ein Temperaturfühler steuert das Magnetventil, das die Wasserzufuhr zu den beiden Doppelrohrwärmeaustauschern 60 dieser mittleren Gruppe öffnet. Wasser strömt durch den unteren Verteiler in den Ringraum der Doppelmantelrohre und. wird ..dabei erwärmt. Das erwärmte Wasser tritt aus dem Sammler aus und läuft in der Rückleitung zum Speicher. Ist die Wasserdurchflußmenge groß genug, kann das Kältemittel-

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ν Ww-

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gas in den Vertikalrohren 50 der Doppelrohr-Wärmeaustauscher verflüssigt werden. Das verflüssigte Kältemittel durchläuft dann die beiden Rohrschlangen 18_#2O und gelangt über den Sammler 40 zur Kältemaschinen-Anlage zurück. Der luftgekühlte Kondensator 10 bleibt dabei funktionslos. Wird weniger Warmwasser benötigt oder ist die Wasserzulauftemperatür relativ hoch, so kann in den Doppelrohr-Wärmeaustauschern 60/60 der mittleren Gruppe das Kältemittelgas nur teilweise oder gar nicht verflüssigt werden..In diesem Fall wird das in Figur 2 mit 70 bezeichnete Gebläse in Gang gesetzt, um eine Kondensation in den Rohrschlangen 18,20 zu bewirken.

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Leerseite

Claims

PÄTE-K1 TAPs¹WALT *..- "...'·

D-896Kempten,Mozattstr. 21,Ruf 0831/23291

Anmelder : Hans Güntner GmbH, 8034 Germering Bezeichnung: Wärmeaustauscher
Anwaltsakte: G 3013

27.Pebr.i980/is

Patentansprüche

!.,Luftgekühlter Wärmeaustauscher, insbesondere Kondensator einer Kältemaschinen-Anlage, bestehend aus einem Rippenrohrschlangensystem/ das mindestens einen oberen Mediumeintritt und einen unteren Flüssigkeitsaustritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mediumeintritt ein flüssigkeitsgekühlter Doppelrohrwärmeaustauscher (60) vorgeschaltet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

tet ist.
2. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere mediumseitig getrennte Rohrschlangen (12,14,16;18,2O; 22,24/26,28) aufweist, deren getrennten Mediumeintrittsstellen jeweils ein flüssigkeitsgekühlter Doppelrohrwärmeaustauscher (60) vorgeschal-
3. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Rohrschlangen (12,14,16;18,20;22,24,26,28) mediumseitig durch einen Verteiler (44;46;48) und einen Sammler (38.40;42) zu Gruppen zusammengefaßt sind, daß jeder Rohrschlange jeder Gruppe ein eigener Doppelrohr-Wärmeaustauscher (60) zugeordnet ist und daß die Kühlflüssigkeitsanschlüsse aller Doppelrohr-Wärmeaustauscher gruppenweise mit je einem Verteiler (64) und einem Sammler (66) verbunden sind.
4. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rohrschlange (12 bis 28) mit einem, vor dem Medium -

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eintritt in den Wärmeaustauscher (10) liegenden vertikal nach oben stehenden Zuleitungsrohr (50) verbunden ist, das mindestens teilweise mit Abstand von einem Mantel (52) umgeben ist und daß der Ringraum (54) untere und obere Flüssigkeitszu- und-ableitungsanschlüsse (56,58) aufweist.
5. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Doppelrohrwärmeaustauscher (60) flüssigkeitsseitig absperrbar sind.
6. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 . und 5 , dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zum Kühlflüssigkeitsverteiler (64) oder in der Ableitung vom Kühlflüssigkeitssammler(66) jeder Rohrschlangengruppe ein Absperrventil eingebaut ist.
7. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile Magnetventile sind, die in Abhängigkeit von der Temperatur des zu kühlenden Mediums insbes.

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- 4 am Verteiler (44;46;48) öffnen oder schließen.
8. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile Magnetventile sind, die synchron mit dem Einschalten und Ausschalten einer angeschlossenen Kältemaschinenanlage betätigbar sind.

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