DE3638107C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/12—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating
- F24D3/14—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating incorporated in a ceiling, wall or floor
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, wie sie im Oberbegriff des
Anspruchs 1 beschrieben ist.
Bekanntlich werden derartige Wärmepumpen mit Son
nenkollektoren oder als Kühlvorrichtung eingesetzt, wobei
für die erste Verwendungsart die Beheizung von Schwimmbä
dern oder die Warmwasserbereitung und für die zweite Verwen
dungsart die Herstellung von Kunsteisbahnen typische Anwen
dungsbeispiele sind. Bei einem Wärmeaustauscher kann als
erstes Trägermedium beispielsweise Wasser verwendet werden.
Dagegen wird bei einem Kältetauscher als erstes Trägerme
dium beispielsweise Sole verwendet.
Für die Strömungskanäle des ersten Kreislaufes verwendet
man Rohr-, Schlauch- oder Matten-Wärmetauscher, die auch
als Absorber bezeichnet werden, die gemeinsam an der Zu
leitung und der Ableitung angeschlossen sind. Diese beiden
Leitungen führen zu einer Kältemaschine, welche den zweiten
Kreislauf enthält. Insbesondere ist bei den bekannten Vor
richtungen der Verdampfer in der Kältemaschine angeordnet.
Er muß bei den herkömmlichen Maschinen relativ voluminös
und aufwendig ausgebildet sein, um die Funktion der gesam
ten Anlage zu gewährleisten. Die Herstellung ist damit mit
vergleichsweise hohen Kosten verbunden.
In der Literaturstelle H. L. von Cube, Lehrbuch der Kältetechnik,
3. Auflage 1981, S. 463, 464, sind für eine gattungsgemäße
Wärmepumpe verschiedene Strangschemata für die Flüssigkeitsleitung
des flüssigen Kältemittels beschrieben. Eine hierbei vorgeschlagene
Anordnung würde beispielsweise bei Solaranlagen
oder Kunsteisbahnen nur zu einer relativ geringen spezifischen
Wärmetauscher-Flächenbelastung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst
platzsparende Bauweise für einen Verdampfer einer Kälteanlage
zu finden, welcher zum indirekten Kühlen einer Kunsteisbahn,
eines Sonnenkollektors oder dergleichen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs
gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, den Verdampfer
nicht mehr in der Kältemaschine, sondern in unmittelbarer
Nähe des Absorbers anzuordnen. Das Kältemittel verdampft
im Rohrbündel und nimmt die Wärme direkt von dem im
Sammelrohr strömenden Wärmeträgermedium auf. Ein Gehäuse
für den Verdampfer ist daher nicht mehr erforderlich. Die
Verbindung zwischen dem Absorber und der Kältemaschine erfolgt
nicht mehr über die Rohre des Wärmeträgermediums,
sondern über die Kältemittelrohre, welche dünner und billiger
sind. Insgesamt können durch diese Maßnahmen die Herstellungskosten
gesenkt werden. Eine weitere Kostenersparnis
wird auch dadurch erreicht, daß sich eine Isolierung
der Verbindungsleitungen für Absorber und Kältemaschine
erübrigt, da die Kälte erst nach dem Expansionsventil entsteht,
das direkt vor dem Absorber liegt.
Außerdem ist die Verdampfungstemperatur höher, da die Wärmeverluste
des Wärmeträgermediums vom Wärmetauscher bis zur
Kältemaschine entfallen und die Wärmeaufnahme gleichmäßig
im Sammelrohr des Absorbers erfolgt.
Die Länge des Verdampferrohrbündels hängt von der Kälte
leistung der Kältemaschine und dem K-Wert des verwendeten
Rohrbündels ab. Es ist besonders vorteilhaft,
daß das Rohrbündel die gleiche Länge hat wie das Sammel
rohr. Das hat den Vorteil, daß der Wärmeaustausch gleich
mäßig über die gesamte Sammelrohrlänge des Wärmetauschers
erfolgt. Die sich ergebende höhere Verdampfertemperatur
erhöht den Wirkungsgrad der Kältemaschine.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die
im ersten Kreislauf angeordnete Wärmeträgermediumpumpe
gegenüber herkömmlichen Anlagen kleiner ausgelegt werden
kann, da sie das Wärmeträgermedium nur noch durch den Wär
metauscher, nicht jedoch zur Kältemaschine und zurück pumpen
muß. Die in der Regel als Wärmeträgermedium verwendeten
Ethylen- und Propylenglykolmischungen haben besonders bei
Minus-Temperaturen eine hohe Viskosität und Dichte, was bei
langen Rohrleitungen hohe Druckverluste bewirkt, die durch
stärkere Pumpen ausgeglichen werden müssen.
Es ist besonders vorteilhaft, daß der Verdampfer als Rohr
bündelverdampfer ausgebildet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung be
steht darin, daß das Rohrbündel aus glattwandigem Rohr be
steht.
Es kann auch vorteilhaft sein, daß das Rohrbündel aus Rippen
rohr besteht. Das hat den Vorteil, daß die Rohroberfläche ver
größert und damit der Wärmeaustausch verbessert wird. Bei der
Anordnung der Rippen wird darauf geachtet, daß die Strömung
des Wärmeträgermediums nicht behindert wird. Es kann zur Ver
größerung der Oberfläche auch vorteilhaft sein, daß das Rohr
bündel spiralförmig im Sammelrohr verläuft.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß
die Rohre des Rohrbündelverdampfers im Sammelrohr weitgehend
mit ihrer gesamten Außenfläche dem im Sammelrohr fließenden
Wärmeträgermedium ausgesetzt sind. Durch diese Maßnahme wird
eine optimale Wärmeübertragung auf den Rohrbündelverdampfer
sichergestellt. Eine Wärmeabgabe vom Rohrbündelverdampfer un
mittelbar auf das Sammelrohr wird verhindert.
Des weiteren ist vorteilhaft daß der Rohrbündelverdampfer
mindestens nach der strömungstechnischen Zuleitung des ge
samten Wärmeträgermediums in das Sammelrohr in einem Längs
bereich des Sammelrohrs vorgesehen ist. Da dieser Bereich des
Sammelrohrs das gesamte erwärmte Wärmeträgermedium enthält,
und noch keine zuleitungsbedingte Abkühlung erfolgt ist, sind
hier sehr hohe Temperaturen des Wärmeträgermediums zu erwarten.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht dar
in, daß der gesamte Rohrbündelverdampfer als separate Baugruppe,
insbesondere selbsttragend, in das expansionsventilseitige Ende
des Sammelrohres einbaubar ist. Dies hat den Vorteil einer ein
fachen Montage und Wartung. Unter Umständen können auf diese
Weise auch bereits installierte Sammelrohre nachgerüstet werden.
Des weiteren ist es vorteilhaft, daß der Rohrbündelverdampfer
mindestens ein zurückgeführtes Rohr, insbesondere jedoch eine
Vielzahl einzelner Rohre, aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Rohre des Rohrbündelver
dampfers im Querschnitt des Sammelrohres symmetrisch, insbe
sondere symmetrisch bezüglich einer gleichförmigen Strömungs
geschwindigkeit des Wärmeübertragungsmediums, angeordnet sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Strömung des Wärmeüber
tragungsmediums vom Rohrbündelverdampfer möglichst wenig ge
stört wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs
beispieles weiter beschrieben:
Fig. 1 zeigt schematisch einen Wärme-/Kältetauscher und
Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen
Sammelrohrverdampfer
In Fig. 1 ist ein mattenförmiger Wärme-/Kältetauscher 10
veranschaulicht, der aus einer Vielzahl von U-förmigen
Strömungskanälen 11 besteht. Die Strömungskanäle 11 sind
eingangsseitig mit einem gemeinsamen Zuleitungsrohr 12
und ausgangsseitig mit einem gemeinsamen Sammelrohr 13, das
einen Rohrbündelverdampfer (Fig. 2) enthält, verbunden. Zu
leitungsrohr 12 und Sammelrohr 13 sind unter Zwischenschaltung
einer Umwälzpumpe 14 in der kürzestmöglichen Weise mitein
ander verbunden. Der Rohrbündelverdampfer kann als separate
Baueinheit ausgeführt sein, die in das Sammelrohr 13 einge
bracht ist.
In den Strömungskanälen 11, dem Zuleitungsrohr 12 und dem
Sammelrohr 13 zirkuliert ein Wärmeträgermedium, was bezüg
lich eines einzigen U-förmigen Strömungskanals 11′ durch
Pfeile veranschaulicht ist. In diesem ersten Kreislauf wird
das Wärmeträgermedium von der Umwälzpumpe 14 über das Zu
leitungsrohr 12 in den einen Schenkel der Strömungskanäle 11
gepumpt. Beim Durchströmen der Strömungskanäle 11 nimmt es
von der Umgebung Wärme auf, die im Rohrbündelverdampfer des
Sammelrohres 13 unter Abkühlung an einen zweiten Kreislauf
abgegeben wird.
Im zweiten Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel, das über
eine Kältemittelzuleitung 15 von einer Kältemaschine 16
herangeleitet und über eine Kältemittelableitung 17 zur Käl
temaschine 16 zurückgeführt wird. Die Kältemittelzuleitung
15 und die Kältemittelableitung sind in der Kältemaschine 16
über einen Verdichter 18 mit einem Kondensator 19 verbunden.
Die Ausdehnung des komprimierten Kältemittels erfolgt durch
ein Expansionsventil 20 in der Kältemittelzuleitung unmittel
bar bevor die Kältemittelzuleitung 15 in den Rohrbündelver
dampfer des Sammelrohrs 13 mündet.
In Fig. 2 ist der Querschnitt des Rohrbündelverdampfers dar
gestellt. In dem hier gezeigten Beispiel besteht er aus
einem aus einem Kältemittelzuleitungsrohr
15′ und einem Kältemittelableitungsrohr 17′ bestehenden Rohr
bündel, welches im Inneren des Sammelrohrs 13 angeordnet und
vom Wärmeträgermedium 21 umgeben ist.
Das Rohrbündel kann sich über die gesamte Länge des Sammel
rohrs 13 erstrecken. Es kann aber auch ausreichend sein, wenn
das Rohrbündel lediglich in einem Bereich des Sammelrohrs 13
verläuft, beispielsweise im Anschluß an das Expansionsventil 20.
In der Fig. 2 sind das Kältemittelzuleitungsrohr 15′ und das
Kältemittelableitungsrohr 17′ auf Abstand zur Innenwand des
Sammelrohrs 13 gehalten, um eine möglichst vollständige Um
strömung zu erreichen.
In den beiden Kältemittelrohren zirkuliert das Kältemittel
22, wobei die Strömungsrichtungen senkrecht zur Zeichenebene
verlaufen und durch die Pfeilsymbole "x" und "·" gekenn
zeichnet sind. Selbstverständlich können an Stelle des hier
gezeigten Rohrbündels für das Kältemittel 22 auch mehr als
zwei Rohre verwendet werden.
Im folgenden wird anhand der beiden Figuren die Funktion
der gesamten Vorrichtung beschrieben. Das Wärmeträgerme
dium 21 wird durch die Umwälzpumpe 14 nach der Aufnahme
von Wärme aus den Strömungskanälen 11 in das Sammelrohr 13
gepumpt, wo es das Kältemittel 22 enthaltende Rohrbündel
15′, 17′ umströmt. Durch die Wärme, die vom Wärmeträger
medium 21 unmittelbar an das Kältemittel 22 abgegeben wird,
verdampft das Kältemittel 22. Es wird dann zur Kältema
schine 16 gepumpt, wo ihm die Wärme wieder entzogen wird.
Claims (8)
1. Wärmepumpe zum Heizen oder Kühlen, mit einem ersten
Kreislauf, in welchem ein flüssiges Wärmeträgermedium zirkuliert,
und in welchem ein Nutzwärmetauscher angeordnet
ist, bestehend aus einer Vielzahl von parallelen, U-förmig
verlaufenden Rohren sowie je einem gemeinsamen Verteilungsrohr
und einem gemeinsamen Sammelrohr für das Wärmeträgermedium,
und mit einem zweiten Kreislauf,
in welchem das Kältemittel zirkuliert, mit je
einem Kältemittel-Zuleitungsrohr und einem Kältemittel-Ableitungsrohr,
mit einem dazwischen liegenden Verdampfer,
einem Expansionsventil, einem Verdichter und einem
Kondensator,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdampfer im Sammelrohr (13) des ersten Kreislaufs angeordnet ist und sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt,
daß das Expansionsventil (20) in Strömungsrichtung in der Weise unmittelbar vor dem Sammelrohr (13) liegt, daß die bei der Ausdehnung entstehende Kälte den Verdampfer unmittelbar beaufschlagt, und
daß der Verdampfer stromabwärts mit dem Kältemittel-Ableitungsrohr (17) verbunden ist.
daß der Verdampfer im Sammelrohr (13) des ersten Kreislaufs angeordnet ist und sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt,
daß das Expansionsventil (20) in Strömungsrichtung in der Weise unmittelbar vor dem Sammelrohr (13) liegt, daß die bei der Ausdehnung entstehende Kälte den Verdampfer unmittelbar beaufschlagt, und
daß der Verdampfer stromabwärts mit dem Kältemittel-Ableitungsrohr (17) verbunden ist.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdampfer aus einem Rohrbündel besteht.
3. Wärmepumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohrbündel aus glattwandigem Rohr besteht.
4. Wärmepumpe nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohrbündel aus Rippenrohr besteht.
5. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohrbündel spiralförmig im Sammelrohr (13)
verläuft.
6. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gesamte Rohrbündelverdampfer (15′, 17′) als separate
Baugruppe, insbesondere selbsttragend, in das expansionsventilseitige
Ende des Sammelrohrs (13) einbaubar ist.
7. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrbündelverdampfer mindestens ein zurückgeführtes
Rohr (15′, 17′), insbesondere jedoch eine Vielzahl
einzelner Rohre, aufweist.
8. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre des Rohrbündelverdampfers im Querschnitt des
Sammelrohres (13) symmetrisch, insbesondere symmetrisch
bezüglich einer gleichförmigen Strömungsgeschwindigkeit
des Wärbeübertragungsmediums, angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863638107 DE3638107A1 (de) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | Waerme-/kaeltetauscher |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863638107 DE3638107A1 (de) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | Waerme-/kaeltetauscher |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3638107A1 DE3638107A1 (de) | 1988-05-19 |
DE3638107C2 true DE3638107C2 (de) | 1990-05-31 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863638107 Granted DE3638107A1 (de) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | Waerme-/kaeltetauscher |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITPD20110237A1 (it) * | 2011-07-13 | 2013-01-14 | Termo Therm Srl | Sonda geotermica |
Family Cites Families (2)
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AT341150B (de) * | 1975-08-29 | 1978-01-25 | Vmw Ranshofen Berndorf Ag | Einrichtung zur ausnutzung der sonnenwarme |
US4369635A (en) * | 1979-06-25 | 1983-01-25 | Ladek Corporation | Subterranean heating and cooling system |
-
1986
- 1986-11-07 DE DE19863638107 patent/DE3638107A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3638107A1 (de) | 1988-05-19 |
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