DE8019202U1 - Coaxial heat exchanger - Google Patents
Coaxial heat exchangerInfo
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Description
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gli/sdgli / sd
M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG AktiengesellschaftM.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft
München, 27. Juni 1980 Munich, June 27 , 1980
KoaxialwärmetauscherCoaxial heat exchanger
T5 Die Erfindung bezieht sich auf einen Koaxialwärmetauscher für Wärmepumpen, bestehend aus einem Hauptrohr, in dem mindestens ein Innenrohr angeordnet ist.T5 The invention relates to a coaxial heat exchanger for heat pumps, consisting of a main pipe in which at least one inner pipe is arranged.
In Wärmepumpen werden üblicherweise Rohrbündelwärmetauscher verwendet, die aus einem kurzen Hohlzylinder bestehen, in denen eine Vielzahl von Innenrohren angeordnet sind. Die aus dem Hohlzylinder herausragenden Enden der Innenrohre werden zu einem geringeren Durchmesser gebündelt und mit den Anschlußleitungen für denShell-and-tube heat exchangers are usually used in heat pumps used, which consist of a short hollow cylinder in which a large number of inner tubes are arranged are. The ends of the inner tubes protruding from the hollow cylinder become smaller in diameter bundled and with the connecting cables for the
Strömungskreis eines ersten Arbeitsmittels verbunden. Dieses ist jedoch ein fertigungstechnisch sehr aufwendiges Verfahren. Abgesehen davon, müssen diese bekannten Wärmetauscher aufgrund ihres relativ großen Durchmessers mit einer sehr dicken Wandstärke ausgelegtConnected flow circuit of a first working medium. However, this is very complex in terms of production technology Procedure. Apart from that, these known heat exchangers, because of their relatively large size Diameter designed with a very thick wall thickness
werden, um den im Wärmetauscherprozeß auftretenden hohen Drücken standzuhalten. Außerdem bedarf ein derartiger Wärmetauscher eines sehr großen Füll Volumens für die Arbeitsmedien.to withstand the high pressures occurring in the heat exchange process. Also requires a such a heat exchanger of a very large filling volume for the working media.
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Diese Faktoren beeinträchtigen insbesondere das Gewicht
und die Herstellungskosten der mit solchen Wärmetauschern
ausgestatteten Wärmepumpen. Die Verv/endung von derartigen Wärmetauschern für die Beheizung von Ein- oder
Mehrfamilienhäusern ist daher sehr unrentabel wenn man
dazu noch bedenkt, daß durch den Einsatz von Wärmepumpen derzeitig bis höchstens 45% der Primärenergie eingespart
werden kann.
10These factors affect in particular the weight and the manufacturing costs of the heat pumps equipped with such heat exchangers. The use of such heat exchangers for heating single or multi-family houses is therefore very unprofitable if you also consider that the use of heat pumps can currently save up to 45% of the primary energy.
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Bislang wurden für Wärmepumpen das Prinzip der Kompressorkältemaschinen angewandt. Bei diesen Wärmepumpen, in denen in der Regel Fluorkohlenwasserstoffe wie Frigen als Kältemittel verwendet werden, sind die Wärmetauscher ^5 aus Kupfer oder Messing hergestellt. Das Prinzip der Sorptionskältemaschinen kann jedoch auch für Wärmepumpen angewandt werden. In diesen Fällen wird Ammoniak als Kältemittel verwendet. Hierzu sind die bekannten Wärmetauscher aber ungeeignet, weil das Kupfer oder MessingSo far, the principle of compressor chillers has been used for heat pumps applied. In these heat pumps, which usually contain fluorocarbons such as Frigen are used as refrigerants, the heat exchangers ^ 5 are made of copper or brass. The principle of Sorption chillers can also be used for heat pumps can be applied. In these cases, ammonia is used as the refrigerant. The known heat exchangers are used for this purpose but unsuitable because the copper or brass
w vom Ammoniak angegriffen wird. w is attacked by ammonia.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu entwickeln, der geeignet ist, in Wärmepumpen jeder Art verwendet werdenThe invention is based on the object of a heat exchanger to develop of the type mentioned, which is suitable to be used in heat pumps of any kind
zu können, und unter Beibehaltung eines hohen Wirkungsgrades die Belange beim Einsatz der Wärmepumpen zur Beheizung von F a mi 1ienhäusern berücksichtigt.to be able to, and while maintaining a high degree of efficiency, the concerns of using the heat pumps for heating taken into account by family houses.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dasThe object is achieved in that the
Mantelrohr einen geringeren Durchmesser im Verhältnis zur Länge aufweist und mit dem Innenrohr spiralen-, oder schrauben-, oder mäanderförmig gebogen ist, und daß das Hantel- und das Innenrohr aus Stahl bestehen.Casing tube has a smaller diameter in relation to its length and spirals with the inner tube, or is helically or meander-shaped, and that the The dumbbell and the inner tube are made of steel.
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Mit einem derartigen Wärmetauscher wird erreicht, daß dieses Bauelement unter Verbesserung des Wirkungsgrades ein nennenswert geringeres Bauvolumen als die herkömmliehen Wärmetauscher aus Stahl erhält. Aufgrund des erheblich kleineren Durchmessers des Hauptrohres können bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wesentlich dünnere Wandstärken verwendet werden, wodurch auch bei Einsatz in den Bereichen höheren Druckes einer Wärmepumpe eine relativ kleine Masse und damit geringes Gewicht verzeichnet werden kann. Auch die Fertigungstechnik ist wesentlich einfacher, indem eine viel kleinere Innenrohrzahl, im Bereich von 7 Rohren im Durchschnitt, Verwendung finden, die sich an ihren Enden wesentlich leichter oder sogar direkt an ein Sammelrohr anschließen 1assen.With such a heat exchanger it is achieved that this component, while improving its efficiency, has a significantly smaller overall volume than the conventional ones Receives steel heat exchanger. Due to the considerably smaller diameter of the main pipe, you can significantly thinner wall thicknesses are used in the heat exchanger according to the invention, which also applies to Use in the areas of higher pressure of a heat pump recorded a relatively small mass and thus low weight can be. The manufacturing technology is also much easier by using a much smaller number of inner tubes, in the range of 7 tubes on average find which at their ends connect much more easily or even directly to a manifold 1assen.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher läßt sich ferner für alle Stellen in einem Wärmepumpenprozeß verwenden, ^O in c'.enen eine Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes erfolgt, wie z.B. im Kondensator, im Verdampfer, im Temperaturwechsler, Absorber usw. Diese Allgemeinverwendung führt zu einer sich lohnenden preisgünstigen Serienfertigung von standardisierten Wärmetauschern gemäß der Erfindung. Unter Berücksichtigung der Verwendbarkeit dieser Wärmetauscher sowohl für Kompressorwärmepumpen als auch für Absorptionswärmepumpen mit aggressiveren Arbeitsmedien, werden die Herstellungskosten durch Erhöhung der Serienfertigungs-Stückzahlen nochThe heat exchanger according to the invention can also use for all points in a heat pump process, ^ O in c'.enen a heat transfer from one medium to one other things take place, e.g. in the condenser, in the evaporator, in the temperature changer, absorber, etc. This general use leads to a profitable, inexpensive series production of standardized heat exchangers according to the invention. Taking into account the usability this heat exchanger for both compressor heat pumps and absorption heat pumps more aggressive working media, the manufacturing costs by increasing the series production numbers
weiter herabgesetzt.further reduced.
Diese Vorteile schlagen sich alle in der Verminderung des Gesamtgewichtes und des Preises von Wärmepumpen aus, wodurch ein wichtiger Beitrag zur RentabilitätThese advantages are all reflected in the reduction in the total weight and price of heat pumps out, making an important contribution to profitability
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von Haus-Heizungswärmepumpen geleistet wird, zumal eine Wärmepumpe gleichzeitig mit mehreren Wärmetauschern ausgestattet ist.is provided by house heating heat pumps, especially a heat pump is equipped with several heat exchangers at the same time.
Das erfindungsgemäße Aggregat hat den weiteren Vorteil, daß es durch relativ einfache Variierung seiner Grundgeometrie eine Anpassung an die Anforderungen von verschiedenen Wärmetauschern zuläßt. Es ist auch möglich, die Zahl der Innenrohre herabzusetzen und dafür mit Rippen versehene Innenrohre zu verwenden.The unit according to the invention has the further advantage that it can be achieved by a relatively simple variation of its basic geometry allows adaptation to the requirements of different heat exchangers. It is also possible, reduce the number of inner tubes and use Use ribbed inner tubes.
Das geringe Behältervolumen und die kleine Masse ermöglichen im Zusammenhang mit der Medien-Zwangsführung ein schnelles Ansprechen auf Leistungsänderungen und außerdem einen guten Uärneübergang schon bei kleinen Volumenströmen, wodurch ein hoher Wirkungsgrad auch bei kleinen Temperaturdifferenzen erreicht wird. Auch dieses trägt dazu bei, den Einsatz des erfindungsgemäßen Wärmetauschers auf möglichst viele verfahrenstechnische Anwendungsfälle auszudehnen.The small container volume and the small mass make it possible In connection with the media forced control, a quick response to changes in performance and moreover a good urine transition even with small volume flows, whereby a high degree of efficiency is achieved even with small temperature differences. This also bears this contributes to the use of the heat exchanger according to the invention on as many process engineering applications as possible to expand.
Für die von Ammoniak bzw. Ammoniak-Wasserlösung beaufschlagten Teile des Wärmetauschers können vorzugsweise Kohlenstoff-Stähle oder Chrom-Nickel-Stähle unter Verwendung von Natrium-Dichromat (Na2 Cr O7) als Inhibitor verwendet werden. Carbon steels or chromium-nickel steels using sodium dichromate (Na 2 Cr O 7 ) as an inhibitor can preferably be used for the parts of the heat exchanger exposed to ammonia or ammonia-water solution.
Die Erfindung erstreckt sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines im Anspruch 1 gekennzeichneten Wärmetauschers. The invention extends to a method for producing a heat exchanger characterized in claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, nach dem Zusammensetzen der abgelängten Innenrohre mit dem Mantelrohr eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in das Mantelrohr und eine Kühlsole in die Innenrohe einzufüllen, undThe inventive method consists in after Assemble the cut-to-length inner pipes with the casing pipe a liquid, in particular water, into the casing pipe and to fill a cooling brine into the inner pipes, and
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das Wärmetauscherrohr nach dem Einfrieren des Wassers auf einem Dorn zu biegen.the heat exchanger tube after the water has frozen to bend a mandrel.
Es ist bekannt, daß bei Biegevorgängen von Rohren die Rohre mit einem stützenden Stoff befüllt werden, um ein Einfallen von deren Querschnitten zu vermeiden. Bei herkömmlichen Verfahren werden die Rohre entweder mit Sand oder mit niedrig schmelzenden Legierungen gefüllt. Diese Hilfsmittel haben jedoch den Nachteil, daß sie nach dem Biegen nur unzulänglich zu entfernen sind. Abgesehen davon, muß bei den Verfahren mit Legierungen das Schmelzverfahren nicht nur beim Einfüllen sondern auch beim HerausnehmenIt is known that the bending processes of pipes Pipes are filled with a supportive substance to get a Avoid collapse of their cross-sections. With traditional methods, the pipes are either covered with sand or filled with low-melting alloys. These However, aids have the disadvantage that they can only be removed inadequately after bending. Apart from this, In the process with alloys, the melting process must not only be used when filling but also when removing
durchgeführt werden.
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15th
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen ist der Einsatz von Fremdenergie nur einmal nötig und zwar, wenn die Kühlsole in die Innenrohre eingepumpt wird, während das Wiederauftauen des Eises bei Raumtemperatur ohne weiteres erfolgt. Außerdem ist das Hilfsmittel Wasser und die Kühlsole sehr leicht und vollständig aus den Rohren entfernbar. Dazu kann vorzugsweise das System nachträglich mit einem Entwässerungsf1uid gespült werden.In the method according to the invention, however, is the Use of external energy only necessary once, namely when the cooling brine is pumped into the inner pipes while the re-thawing of the ice at room temperature takes place easily. In addition, the aid is water and the cooling brine can be easily and completely removed from the pipes. The system can preferably do this afterwards be rinsed with a drainage fluid.
Es hat sich ferner herausgestellt, daß das Eis gleichzeitig zur Halterung bzw. Abstandshalterung sowie zur Stützung für die Innennrohre dient, so daß die Innenrohre nicht zusatzlich noch mit einem Stützmittel befüllt werdenIt has also been found that the ice simultaneously is used to hold or spacer and to support the inner tubes, so that the inner tubes not additionally filled with a proppant
müssen.
30have to.
30th
Um einen genauen Abstand zwischen den Innenrohren untereinander und mit dem Mantelrohr zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Innenrohre vor dem Einführen in das Mantelrohr mit Abstandshaltern, wie z.B. Federringen be-In order to ensure an exact distance between the inner tubes with one another and with the jacket tube, it is advantageous if the inner pipes are fitted with spacers, such as spring washers, before being inserted into the casing pipe.
stückt werden.be cut.
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Eine erfindungsgemäße Ausführung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown. Show it:
Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in SeitenansichtFig. 1 shows the embodiment in side view
undand
Fig. 2 in Draufsicht.Fig. 2 in plan view.
TO Der in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellte Koaxialwärmetauscher besteht aus einem schraubenförmig gebogenen Wärmetauscherrohr 10, das aus einem Mantelrohr 11 und 7 darin angeordneten Innenrohren 12 ausgebildet ist. Innerhalb des Mantelrohres 11 werden die Innenrohre 12 mit Abstands-TO The coaxial heat exchanger shown in side view in FIG. 1 consists of a helically bent heat exchanger tube 10, which is formed from a jacket tube 11 and 7 arranged therein inner tubes 12. Within of the jacket tube 11, the inner tubes 12 with spacing
^ haltern 13 in gewissen Abständen voneinander und von der *!a ntel rohrwand gehalten, damit die Innenrohre 12 gleichmäßig von dem im Mantelrohr strömenden Medium umspült werden, damit eine optimale Wärmeübertragung zwischen dem Medium innerhalb der Innenrohre 12 und außerhalb derselben^ hold 13 at certain distances from each other and from the *! a ntel pipe wall held so that the inner pipes 12 evenly be washed around by the medium flowing in the jacket tube, so that an optimal heat transfer between the Medium inside the inner tubes 12 and outside the same
^O gewährleistet ist. Die innerhalb des Wärmetauscherrohres 10 zwangsgeführten wärmetauschenden Medien können im Gleich- oder im günstigeren Gegenstrom fließen.^ O is assured. The inside of the heat exchanger tube 10 forcibly guided heat-exchanging media can be used in Flow co-current or in the more favorable counter-current.
Wie in Fig. 2 näher dargestellt, sind die Enden des Wärmetauscherrohres 10 mit jeweils einem T-Anschlußstutzen 14 versehen. Die Innenrohre 12 sind mit einem Endstück 15 des T-Stutzens verschweißt. Hieran schließt sich ein nicht dargestelltes 'Kanalsystem für das durch die Innenrohre 12 fließende Arbeitsmedium.As shown in more detail in Fig. 2, the ends of the heat exchanger tube 10 each provided with a T-connector 14. The inner tubes 12 are provided with an end piece 15 of the T-piece welded. This is followed by a channel system (not shown) for that through the inner tubes 12 flowing working medium.
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Für das zweite im Mantelrohr 11 außerhalb der Innenrohre fließende zweite Arbeitsmedium ist ein seitlicher Anschluß 16 am T-Stutzen vorgesehen.A side connection is provided for the second working medium flowing in the jacket tube 11 outside the inner tubes 16 provided on the T-connector.
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Die Herstellung von derartigen Wärmetauschern umfaßt nur wenige sehr einfache Verfahrensschritte. Die zunächst gerade verlaufenden Rohre 11 und 12 werden entsprechend abgelängt. Die Innenrohre 12 werden in Abständen mit den Abstandshaltern 13 versehen und in das Mantelrohr eingeschoben. Anschließend werden die T-Anschlußstücke 14 entsprechend angeschweißt und das so gebildete Rohrsystem über den Anschluß 16 mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt.The manufacture of such heat exchangers only includes few very simple process steps. The first straight pipes 11 and 12 are cut to length accordingly. The inner tubes 12 are at intervals with the Provided spacers 13 and pushed into the jacket tube. Then the T-connectors 14 are welded on accordingly and the pipe system formed in this way Filled via the connection 16 with water or another liquid.
Um die im Mantelrohr 11 befindliche Flüssigkeit einzufrieren, wird durch die Innenrohre 12 ein Kühlmedium eingepumpt. Aufgrund des verwendeten Werkstoffes Stahl, insbesondere Weichstahl, wird das Wärmetauscherrohr 10 nicht durch die beim Einfrieren erfolgende Wärmedehnung des Wassers beeinträchtigt.In order to freeze the liquid located in the jacket tube 11, a cooling medium is passed through the inner tubes 12 pumped in. Because of the material used, steel, in particular mild steel, the heat exchanger tube 10 not affected by the thermal expansion of the water during freezing.
Das dann mit Eis als Hilfsmittel gefüllte Rohr wird dann auf einem Dorn entsprechend gewunden bzw. gebogen. Um eine möglichst geringe Baugröße zu erreichen, werden die einzelnen Windungen dicht an dicht nebeneinander gedrückt. Dadurch verringert sich gleichzeitig gewissermaßen die mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Außenfläche des Wärmetauschers. Es hat sich herausgestellt, daß bei diesem Verfahren nach dem Einfrieren der Biegewerkzeuge das Rohr nur minimal sich wieder elastisch aufweitet. Es ist daher möglich, das Endprodukt präzise und reproduzierbar für Serienfertigungen mit engen Toleranzen herzustellen. The tube, which is then filled with ice as an aid, is then wound or bent accordingly on a mandrel. In order to achieve the smallest possible size, are the individual turns pressed close together. As a result, at the same time, to a certain extent, the external surface in contact with the atmosphere is reduced of the heat exchanger. It turned out that at In this process, after freezing the bending tools, the pipe only expands elastically to a minimal extent. It is therefore possible to manufacture the end product precisely and reproducibly for series production with tight tolerances.
Nach dem Biegevorgang schmilzt das Eis automatisch aufgrund der Zimmertemperatur, so daß dieses Hifsmittel und das in die Innenrohre eingepumpte Kühlmittel direktAfter the bending process, the ice melts automatically due to the room temperature, so that this aid and the coolant pumped into the inner tubes directly
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-ιοί wieder herausgelassen werden können. Bei Bedarf werden die Rohre 11 und 12 mit einem weiteren Medium nachgespült -ιοί can be let out again. If necessary, the pipes 11 and 12 are rinsed with a further medium
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Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3027070 | 1980-07-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8019202U1 true DE8019202U1 (en) | 1983-01-27 |
Family
ID=1326987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8019202U Expired DE8019202U1 (en) | 1980-07-17 | Coaxial heat exchanger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8019202U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE19944950A1 (en) * | 1999-09-20 | 2001-03-22 | Behr Gmbh & Co | Air conditioning with internal heat exchanger |
| DE102012020928A1 (en) * | 2012-10-25 | 2014-04-30 | Robert Bosch Gmbh | Heat pump device installed in building, has valves that are switched between two switching positions in which capacitor and vaporizer are fluidly coupled in countercurrent with indoor and outdoor heat exchangers alternatively |
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- DE DE8019202U patent/DE8019202U1/en not_active Expired
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