DE3318429A1

DE3318429A1 - Verdampfer einer waermepumpe

Info

Publication number: DE3318429A1
Application number: DE19833318429
Authority: DE
Inventors: Leopold v. Dipl.-Ing. 3450 Holzminden Keudell; Friedhelm Ing.(grad.) 3470 Höxter Körner; Manfred 3474 Boffzen Petz
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-11-22
Also published as: DE3318429C2

Description

STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG" " "

18.5.1983 Akte 635

Verdampfer einer Wärmepumpe

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer einer Wärmepumpe mit mehreren von Umgebungsluft beaufschlagten Rohrgruppen, die für das zu verdampfende Medium strömungstechnisch parallel zwischen eine Einspritzleitung und eine Sammelleitung geschaltet sind, wobei jede Rohrgruppe mehrere strömungstechnisch hintereinandergeschaltete Rohrstücke aufweist, die zueinander parallel verlaufen, sich über die Breite des Verdampfers erstrecken und in mehreren in der Tiefe des Verdampfers hintereinander liegenden Ebenen angeordnet sind.

Bei bekannten derartigen Verdampfern sind alle Rohrstücke einer Rohrgruppe in einem Teilvolumen des Verdampfers untergebracht, in dem keine Rohrstücke anderer Rohrgruppen liegen. Die weiteren Rohrgruppen mit ihren Rohrstücken liegen in separaten Teilvolumina des Verdampfers.

33 Ί 8429 H

-drunter der Voraussetzung, daß jeder Rohrgruppe die gleiche Kältemittelmenge zugeführt wird, muß sichergestellt werden, daß all en Rohrgruppen eine gleiche Luftmenge und Luft gleicher Temperatur und gleicher Feuchte zugeführt wird, um zu erreichen, daß in jeder Rohrgruppe in der Zeiteinheit gleich viel Kältemittel verdampft. In der Praxis ist dies kaum zu erreichen. Denn die Strömungsverhältnisse der Luft, sowie deren Feuchte und Temperatur in den einzelnen Teilvolumina des Verdampfers können durchaus unterschiedlich sein. Dies insbesondere dann, wenn die Luftströmung durch ein Gebläse erzeugt wird, dessen Ventilatorflügel den Verdampfer im wesentlichen überdeckt. Die unterschiedliche Luftbeaufschlagung der einzelnen Rohrgruppen hat zur Folge, daß ein thermostatisch arbeitendes Expansionsventil im Kälte— mittelkreis, das als Regelgröße die Sauggasüberhitzung benutzt, nach den Verhältnissen der Rohrgruppe mit der geringsten Überhitzung, d. h. der geringsten Wärmeübertragung, geregelt wird. Dies senkt den Wirkungsgrad des Verdampfers, weil die anderen Rohrgruppen unter der genannten Voraussetzung nicht voll genutzt werden.

Hinzu kommt, daß eine Rohrgruppe, in die mehr Kältemittel eingespritzt wird, oder der weniger Luft zugeführt wird als den anderen Rohrgruppen, stärker bereift als die anderen Rohrgruppen. Dadurch wird der Luftstrom zusätzlich zu den benachbarten Rohrgruppen, die weniger bereift sind, verdrängt. Dies hat zur Folge, daß die zuerst bereifende Rohrgruppe infolge Luftmangels noch stärker bereift.

Aufgabe der Erfindung· ist es, bei einem Verdampfer der eingangs genannten Art Auswirkungen unterschiedlicher Strömungsverhältnisse in den einzelnen Teilvolumina des Verdampfers auszugleichen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verdampfer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Rohr— stücke jeder Rohrgruppe über die gesamte Höhe des Verdampfers und auf die Ebenen verteilt sind. Es sind also in jedem Höhenbereich des Verdampfers Rohrstücke jeder Rohrgruppe angeordnet. Außerdem liegen nicht alle Rohrstücke einer Rohrgruppe in einer Ebene der Tiefe des Verdampfers, sondern sind über die verschiedenen Ebenen verteilt. Damit ist erreicht, daß jede Rohrgruppe von den in den Teilvolumina des Verdampfers auftretenden unterschiedlichen Strömungsverhältnissen beeinflußt wird. Unterschiedliche Strömungsverhältnisse der Teilvolumina wirken sich also nicht nur auf eine Rohrgruppe aus. Ein thermostatisch arbeitendes Expansionsventil wird also von einem Durchschnittswert aller Rohrgruppen gesteuert. Außerdem wird der Verdampfer gleichmäßiger und langsamer bereifen als beim Stand der Technik.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die in den einzelnen Ebenen liegenden Rohrstücke jeder Rohrgruppe so miteinander verbunden, daß die Rohrstücke der einzelnen Rohrgruppen entgegen der Luftströmung von dem zu verdampfenden Medium nacheinander durchflossen sind. Dadurch fließt das zu verdampfende Medium in allen Rohrgruppen in einem gewissen Gegenstrom zur Luftströmung.

κ -

In Weiterbildung der Erfindung sind eine oder mehrere Rohrgruppen in der Weise unterteilt, daß ein oberer erster Teil der Rohrgruppe mit einem unteren zweiten Teil der Rohrgruppe über eine von oben nach unten führende Verbindungsleitung verbunden ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Unteransprüchen. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 die Anordnung von fünf Rohrgruppen in vier Ebenen eines Verdampfers von der Seite,

Figur 2 die Anordnung von drei Rohrgruppen in vier Ebenen eines Verdampfers in Seitenansicht,

Figur 3 die Anordnung von fünf Rohrgruppen in fünf Ebenen eines Verdampfers in Seitenansicht,

Figur h eine Aufsicht auf einen Verdampfer mit vier Ebenen nach Figur 1.

Durch einen Verdampfer 1 wird mittels eines Ventilators Umgebungsluft gefördert. In den Figuren ist die Strömungsrichtung der Luft mit dem Pfeil L gekennzeichnet. Diese überstreicht im Verdampfer 1 angeordnete Rohrstücke 3» welche zu mehreren Rohrgruppen zusammengefaßt sind.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 3 sind fünf Rohrgruppen k bis 8 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind drei Rohrgruppen 4, 5 und 6 geschaltet*

Alle Rohrgruppen k bis 8 bzw. k bis 6 liegen einerseits an einer gemeinsamen Einspritzleitung 9 und andererseits an einer Sammelleitung 10. Die Rohrgruppen liegen also strömungstechnisch parallel. Durch die Einspritzleitung wird den Rohrgruppen das zu verdampfende Medium, nämlich ein Kältemittel, zugeführt. Kältemitteldampf wird über die Sammelleitung 10 abgezogen. Vor der Einspritzleitung 9 liegt ein nicht näher dargestelltes Expansionsventil des Wärmepumpenkreises, das durch die Sauggasüberhitzung in der Sammelleitung 10 thermostatisch gesteuert ist..

Alle Rohrstücke 3 erstrecken sich, zueinander parallelliegend, über die Breite des Verdampfers 1 (vgl. Figur 4). Die Rohrstücke 3 sind in mehreren Ebenen I bis IV bei den Figuren 1,2 und h bzw. in fünf Ebenen I bis V bei Figur 3 angeordnet. Die Rohrstücke 3 jeder Rohrgruppe sind strömungstechnisch hintereinandergeschaltet. Dementsprechend liegen die Verbindungsstücke 11 bzw. 12, mit denen die aufeinanderfolgenden Rohrstücke 3 einer Rohrgruppe miteinander verbunden sind, abwechselnd auf der einen Seite 13 bzw. der anderen Seite 14 des Verdampfers Bei den Darstellungen nach den Figuren 1, 2 und 3 liegen also beispielsweise die Verbindungsstücke 11 hinter der dortigen Zeichnungsebene.

Die Stellen, an denen die Rohrgruppen 4 bis 8 bzw. 4 bis 6 mit der Einspritzleitung 9 verbunden sind, sind in den Figuren mit 4' bis 8' bzw, 6¹ gekennzeichnet. Die Stellen, an denen die Rohrgruppen 4 bis 8 bzw. 6 an die Sammelleitung 10 angeschlossen sind, sind in den Figuren mit 4¹¹ bis 8¹¹ bzw. 6¹¹ gekennzeichnet.

Bei den Ausführungsbeispielen sind einige der Rohr— gruppen (4, 5, 6 in Figur 1; 4, 5 in Figur 2; 6, 7, 8 in Figur 3) i*¹ der Weise unterteilt, daß ein oberer Teil der jeweiligen Rohrgruppe und ein unterer Teil der jeweiligen Rohrgruppe besteht. Der obere Teil ist jeweils mit 4a, 5a, 6a bzw. 4a, 5a bzw. 6a, 7a, 8a bezeichnet. Der untere Teil der jeweiligen Rohrgruppe ist mit 4b, 5t>» 6b bzw. 4b, 5^b bzw. 6b, 7b» 8b bezeichnet. Der jeweilige obere Teil ist an den unteren Teil mittels je einer Verbindungsleitung 15 angeschlossen. Diese sind in Figur 1 dargestellt. Die Verbindungspunkte jeder Rohrgruppe sind in den Figuren 1 bis 3 mit A bzw. B, bzw. C gekennzeichnet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 tritt das Kältemittel an der Stelle 4¹ in ein erstes Rohrstück 3 ein, gelangt über das Verbindungsstück 11 in ein zweites Rohrstück 3 und durch ein Verbindungsstück 12 in ein drittes Rohrstück 3· Die genannten drei Rohrstücke 3 liegen in der Ebene I. Von der Stelle A wird das Kältemittel durch

die Leitung 15 zum unteren Teil 4b der Rohrgruppe k geführt. Dort tritt es in ein Rohrstück 3 ein, das

in der Ebene χι liegt. Anschließend durchströmt das Kältemittel nacheinander vier in der Ebene II liegende Rohrstücke 3» wobei es vom einen zu den anderen Rohrstücken 3 durch die Verbindungsstücke 11 bzw. 12 geleitet wird. Danach gelangt das Kältemittel dann zu vier in der Ebene III liegenden Rohrstücken 3» wonach es durch vier in der Ebene IV liegende Rohrstücke 3 geleitet wird. Schließlich gelangt das verdampfte Kältemittel in die Sammelleitung 10. Das Kältemittel durchfließt also in der Rohrgruppe k alle Ebenen I bis IV, wobei in jeder Ebene gleich viele gleich lange Rohrstücke 3 vorgesehen sind. Da das Kältemittel nacheinander die Ebenen I bis IV durchströmt, strömt es auf diesem Weg in einem gewissen Gegenstrom zur Luft L.

Am vierten Rohrstück 3 unterhalb der Stelle k¹ wird an der Stelle 5' dem oberen Teil 5a der Rohrgruppe 5 ebenfalls Kältemittel zugeführt. Dieses durchströmt zunächst vier in der Ebene I liegende Rohrstücke 3» gelangt sodann nach oben ziehend durch vier Rohrstücke 3 der Ebene II und wird von dort durch eine weitere Verbindungsleitung nach unten in ein Rohrstück 3 geleitet, das ebenfalls in der Ebene II liegt. Von diesem aus zieht das Kältemittel durch je vier Rohrstücke 3 in den Ebenen III und IV. .

Für die Kältemittelführung in den Rohrgruppen 6, 7 und gilt entsprechendes (vgl. Figur i). Anders als bei den

λο

Rohrgruppen k, 5 und 6 wird bei den Rohrgruppen 7 und das Kältemittel nicht über eine Verbindungsleitung von einem oberen Teil zu einem unteren Teil zurückgeführt. Bei diesen beiden Rohrgruppen strömt das Kältemittel durchgehend von unten nach oben.

Ersichtlich sind in allen fünf Rohrgruppen k bis 8 sechzehn Rohrstücke geschaltet, die gleichmäßig über die Ebenen I bis IV verteilt sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind die Rohrstücke 3 einer Rohrgruppe k bis 8 nicht ganz gleichmäßig über die gesamte Höhe des Verdampfers 1 verteilt. So liegen beispielsweise in dem Bereich zwischen den Stellen 4¹ und 4¹' keine Rohrstücke der Rohrgruppe 4. Ähnliches gilt für die anderen Rohrgruppen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 weisen die Rohrgruppen k und 6 je dreißig Rohrstücke auf. Die Rohr— gruppe 5 arbeitet mit achtundzwanzig Rohrstücken. Die Rohrstücke jeder Rohrgruppe k, 5 und 6 sind auf die vier Ebenen I bis IV verteilt. Außerdem sind die Rohrstücke jeder Rohrgruppe praktisch gleichmäßig über die gesamte Höhe des Verdampfers 1 (vgl. Figur Z) verteilt. In der Ebene IV wird in allen drei Rohrgruppen das Kältemittel abwärts geführt, wogegen es in den Ebenen I, II und III aufwärts geführt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind in fünf Ebenen T bis V fünf Rohrgruppen k bis 8 verteilt. Das,

- 9

- si -

Kältemittel wird hier in den Verbindungsstücken 11, 12 hauptsächlich abwärts geführt. In jeder der Ebenen I bis V liegen einige Rohrstücke 3 jeder der Rohrgruppen. In jedem der Höhenbereiche zwischen den gleich verteilten Stellen 4¹, V, 6' , 7', 8' und im unteren Rand des Verdampfers 1 liegen einige Rohrstücke 3 jeder der Rohrgruppen h bis 8.

- 10 -

Claims

- γό -

18.5.1983

Ansprüche

Verdampfer einer Wärmepumpe mit mehreren von Umgebungsluft beaufschlagten Rohrgruppen, die für das zu verdampfende Medium strömungstechnisch parallel zwischen eine Einspritzleitung und eine Sammelleitung geschaltet sind, wobei jede Rohrgruppe mehrere strömungstechnisch hintereinandergeschaltete Rohrstücke aufweist, die zueinander parallel verlaufen, sich über die Breite des Verdampfers erstrecken und in mehreren in der Tiefe des Verdampfers hintereinander liegenden Ebenen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (3) jeder Rohrgruppe (4 bis 8) über die gesamte Höhe des Verdampfers (i) und auf die Ebenen (i bis V) verteilt sind.
2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Ebene (i bis V) etwa die gleiche Anzahl von Rohrstücken (3) jeder Rohrgruppe (4 bis 8) liegen.
3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den einzelnen Ebenen (i bis v) liegenden Rohrstücke (3) jeder Rohrgruppe (4 bis 8) so miteinander verbunden sind, daß die Rohrstücke (3) der einzelnen Rohrgruppen (4 bis 8) entgegen der Luftströmung (l) von dem zu verdampfenden Medium nacheinander durchflossen sind.
4. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Rohr-

- 1 1

gruppen (4 bis 8) in der Weise unterteilt sind, daß ein oberer, erster Teil (4a bis 8a) der Rohrgruppe (4 bis 8) mit einem unteren zweiten Teil (4b bis 8b) der Rohrgruppe (4 bis 8) über eine von oben nach unten führende Verbindungsleitung (15) verbunden ist.