DE9204952U1 - Wärmetauscher, insbesondere für Kondensations-Wäschetrockner - Google Patents

Description

Diplom-Physiker

Reinfried Frhr. &ngr;. Schorlemer

D-35OO Kassel Brüder-Grimm-Platz 4 D 6411 Telefon (0561) 1 53 35

Autokühler GmbH & Co. KG, 3520 Hofgeismar

Wärmetauscher, inbesondere für Kondensations-Wäschetrockner.

Bei Kondensations-Wäschetrocknern wird die Prozeßluft im Kreislauf geführt. Die mit z.B. ca. 65° C aus der Trockentrommel entweichende Prozeßluft wird dabei über ein Flusensieb od. dgl. einem Luft/Luft-Wärmetauscher zugeführt, indem sie auf z.B. ca. 60° C abekühlt wird. Dabei kondensiert der in ihr befindliche und in spezielle Auffanggefäße oder in den Abfluß abgeleitete Wasserdampf, während die Prozeßluft selbst hinter dem Wärmetauscher mit einem besonderen Heizelement wieder auf z.B. 90° C erhitzt und dann erneut der Trockentrommel zugeführt wird.

Die für den genannten Zweck benutzten Wärmetauscher sind verschmutzungsempfindlich, weil sich nicht völlig im Flusensieb zurückbleibender, teilweise gipsartiger Abrieb aus der Wäsche, dem Wasser usw. bevorzugt in den Prozeßluft-Passagen des Wärmetauschers absetzt. Es ist daher bereits bekannt, den Wärmetauscher so auszubilden, daß er auf der Prozeßluftseite große, glatte Oberflächen besitzt und die zur Herstellung der einzelnen Passagen verwendeten Platten große Abstände voneinander aufweisen. Dadurch wird vermieden, daß sich die Prozeßluft-Passagen des Wärmetauschers auf die Dauer zusetzen und dann einen Austausch des gesamten Wärmetauschers erforderlich machen bzw. erreicht, daß die Prozeßluft-Passagen bei Bedarf oder in vorgegebenen Wartungsintervallen durch eine aufklappbare Klappe od. dgl. hindurch leicht gereinigt werden können. Wegen der feuchten Prozeßluft und des damit verbesserten Wärmeübergangs sind derart großvolumige Passagen auf der Prozeßluftseite ohne weiteres ausreichend. Auf der Kühlluftseite sind dagegen zwischen den einzelnen Platten übliche, gewellte Lamellen vorgesehen, um dadurch die für die trockene Kühlluft großen erforderlichen Wärmeaustauschflächen zu schaffen.

In jüngster Zeit finden Überlegungen statt, derartige Wäschetrockner zusätzlich mit Wärmepumpen zu versehen, um dadurch elektrische Energie einzusparen und die Umwelt nicht mit Abwärme zu belasten. Dabei wird die Prozeßluft in einem Verdampfer für ein Kältemittel abgekühlt, um das Wasser abzuscheiden, und danach in einem Kondensator für das Kältemittel wieder erwärmt. Werden als Verdampfer herkömmliche Luft/Kältemittel-Wärmetauscher verwendet, dann ist anzunehmen, daß diese wiederum einer stärkeren Verschmutzung unterliegen. Der Hauptgrund hierfür besteht darin, daß die für diese Zwecke bisher zur Verfügung stehenden Wärmetauscher aus Kupfer- oder Aluminiumrohren und zwischen diesen angeordneten, ebenfalls aus Kupfer oder Aluminium hergestellten Leitblechen bestehen, die nicht nur hohe Strömungswiderstände erzeugen, sondern auch für eine erhöhte Verschmutzung durch Flusen od. dgl. empfänglich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere zum Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und Luft geeigneten Wärmetauscher zu entwickeln, der auf der Luftseite auf der bewährten, große und glatte Oberflächen aufweisenden Technik aufgebaut werden kann und der trotz seines dadurch geringen Verschmutzungsgrades in den für Wäschetrockner üblichen, vergleichsweise kleinen Abmessungen hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß ein kompakter Wärmetauscher geschaffen wurde, der auf der einen Seite ein geringes Bauvolumen ermöglicht, andererseits aber auf der Prozeßluftseite so großflächig ausgebildet werden kann, daß die Gefahr von ernsthaften Verschmutzungen, insbesondere solchen, die zu merklichen Querschnittsverminderungen führen, gering ist. Außerdem kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Wärmetauscher vorzugsweise aus Aluminium gefertigt werden, was zu einer Gewichtsreduzierung führt. Weiterin ist der vorgeschlagene Wärmetauscher auch kostengünstig herstellbar. Schließlich weist der Wärmeaustauscher auf der Kältemittelseite geschlossene Rohre auf, so daß er im Gegensatz zu in Plattenbauweise hergestellten Wärmeaustauschern eine hohe Druckfestigkeit besitzt.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Kondensations-Wäschetrockner mit einer zusätzlichen Wärmepumpe;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Wärmetauscherblocks eines Kältemittel/Luft-Wärmetauschers des Wäschetrockners nach Fig. 1;

Fig. 3 die Draufsicht auf den Wärmetauscherblock längs der Schnittlinie &Pgr;&Igr;-&Igr;&Pgr; der Fig. 2; Fig. 4 eine Ansicht des Wärmetauscherblocks nach Fig. 2 in Richtung eines Pfeils Y;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Einheit eines erfindungsgemäßen Kältemittel/Luft-Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 eine vergrößerte Einzelheit X der Einheit nach Fig. 5;

Fig. 7 eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Einheiten nach Fig. 5 mit einer durchgehenden Rohrschlange in perspektivischer Darstellung;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauscherblocks, der aus einer Vielzahl von Einheiten nach Fig. 7 zusammengesetzt ist; und

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherblocks.

Fig. 1 zeigt schematisch einen insbesondere für den Haushalt geeigneten Wäschetrockner mit einer in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordneten Trockentrommel 1. Die aus dieser ausströmende Prozeßluft wird über eine geschlossene Leitung 2, in der ein Flusensieb 3 od. dgl. angeordnet ist, einem Kältemittel-Verdampfer 4 zugeleitet, der gleichzeitig ein Prozeßluft-Kondensator ist. Von dort gelangt die Prozeßluft durch eine geschlossene Leitung 5, in die ein Wasserabscheider 6 geschaltet ist, in einen Kältemittel-Kondensator 7, der gleichzeitig ein Prozeßluft-Verdampfer ist. Von dort wird die Prozeßluft mittels eines

Gebläses 8 wieder in die Trockentrommel 1 gepumpt.

Im Kältemittelkreislauf durchströmt das Kältemittel zunächst den Verdampfer 4 und danach eine Leitung 9, in die ein Kompressor 10 geschaltet ist, bevor es ebenfalls den Kondensator 7 durchströmt. Anschließend wird das Kältemittel durch eine Leitung 11 wieder dem Verdampfer 4 zugeführt. Die Strömungsrichtungen sind jeweils durch Pfeile angegeben.

Entsprechend der üblichen Funktion einer Wärmepumpe sind die Betriebsbedingungen so gewählt, daß das Kältemittel im Verdampfer 4 verdampft wird und dabei die Verdampfungswärme der warmen Prozeßluft entzieht, so daß die in dieser befindliche Feuchtigkeit kondensieren und im Wasserabscheider 6 abgegeben werden kann. Das Kältemittel durchläuft dann den Kompressor 10 und gelangt in verdichteter Form in den Kondensator 7, wo es wieder verflüssigt wird. Die dadurch entstehende Wärme wird zur erneuten Erwärmung der inzwischen getrockneten Prozeßluft verwendet.

Als Verdampfer 4 wird vorzugsweise ein Kältemittel/Luft-Wärmetauscher nach Fig. 2 bis 4 verwendet, der aus einem kombinierten Rohr/Platten-Wärmetauscher besteht und einen Wärmetauscherblock 20 mit Durchgängen 21 für ein Kältemittel und Durchgängen 22 für die Prozeßluft enthält, wobei die Durchgänge 21 und 22 jeweils in Richtung der in Fig. 3 eingezeichneten Pfeile, d.h. überwiegend im Kreuzstrom, vom Kältemittel bzw. von der Prozeßluft durchströmt werden.

Die Durchgänge 21 für das Kältemittel bestehen aus Rohren mit rundem oder vorzugsweise rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, die zwischen je zwei über die Länge und Breite des Wärmetauscherblocks erstreckten Platten 23 angeordnet sind. Alternativ können die Rohre auch ovale, flachovale sowie runde, aber an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten abgeflachte Querschnitte od. dgl. aufweisen. Jeder Durchgang 21 ist schlangenlinien- bzw. mäanderförmig erstreckt, d.h. als Rohrschlange ausgebildet, und weist eine Mehrzahl von geraden Abschnitten 24 auf, die im Ausführungsbeispiel parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse und mit dichtem Abstand angeordnet sind. Je zwei beanchbarte gerade Abschnitte 24 sind entsprechend Fig. 3 durch um 180° gebogene Abschnitte 25 derart verbunden, daß sich zwischen je zwei Platten 23 ein ununterbrochener Strömungspfad von einem Eingang 26 zu einem Ausgang 27 ergibt. Wie insbesondere Fig. 2 und 4 zeigen, wird

jeder Durchgang 22 für die Prozeßluft aus zwei an den Seitenkanten von zwei parallelen Platten 23 erstreckten und diese auf Abstand haltenden, in Längsrichtung des Wärmetauscherblocks 20 verlaufenden Abstandsstücken 28, z.B. in Form von Leisten, begrenzt. Die Durchgänge 22 sind daher in Fig. 2 und 3 jeweils am rechten und linken Ende offen und im übrigen von nach innen ragenden Vorsprüngen, Kanten od. dgl, insbesondere auch von üblichen Lamellen od. dgl., völlig frei. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß sich die Durchgänge 21 und 22 im Wärmetauscherblock 20 abwechseln, d.h. die Rohre (Durchgänge 21) beidseitig mit Platten 23 belegt und diese zur Bildung der Durchgänge 21 durch die Abstandsstücke 28 auf Abstand gehalten sind. Nach diesem Schema sind in Fig. 2 bis 4 drei Durchgänge 21 und vier Durchgänge 22 gebildet, wobei jeweils ein Durchgang 21 mit den beiden daran angrenzenden Platten 23 eine Einheit bildet. Außerdem können zwischen je zwei Platten 23, zwischen denen die die Durchgänge 21 bildenden Rohre angeordnet sind, noch parallel zu den geraden Abschnitten 24 verlaufende, beispielsweise ebenfalls leistenförmige Abschlußelemente 30 und am oberen und unteren Ende je eine Endplatte 31 vorgesehen sein, wobei die Abschlußelemente 30 vor allem dazu dienen, den Raum zwischen den einzelnen Rohrabschnitten vor Verunreinigungen zu schützen.

Die verschiedenen Teile des Wärmetauscherblocks 20 bestehen vorzugsweise aus Aluminium, insbesondere mit einem Lot plattiertem Aluminium, und werden in an sich bekannter Weise zunächst gestapelt und dann miteinander verlötet.

Die in Fig. 2 bis 4 nur schematisch dargestellten Ein- und Ausgänge 26,27 der Durchgänge 21 sind beispielsweise jeweils durch eine nicht dargestellte, hosenrohrartige Konstruktion zusammengefaßt. Da entsprechend Fig. 2 bis 4 insgesamt drei Durchgänge 21 vorgesehen sind, sind die drei daraus resultierenden Ausgänge 27 z.B. durch gebogene Zwischenabschnitte zu einem Flansch mit einer gemeinsamen Austrittsöffnung geführt, der über ein Rohr flüssigkeitsdicht mit einem Anschlußnippel versehen ist, der beispielsweise mit der Leitung 9 verbunden wird. Die Eingänge 26 sind entsprechend an einen mit der Leitung 11 verbundenen Anschlußnippel angeschlossen. Die Durchgänge 22 können dagegen in der bei Wärmetauschern üblichen Weise mit Sammelkästen verbunden werden, die an die Leitungen 2 bzw. 5 angeschlossen sind.

Bei der aus Fig. 5 bis 8 ersichtlichen Ausführungsform wird der Verdampfer 4 aus wenigstens einer Einheit 40 gebildet, die eine entsprechend Fig. 3 ausgebildete, mäanderförmig

gewundene Rohrschlange 41 enthält, an deren beiden Breitseiten je eine Platte 42 bzw. 43 befestigt ist. Dabei kann die Rohrschlange 41 in an sich bekannter Weise z.B. entweder durch Weichlöten oder durch Kleben mit den Platten 42,43 verbunden werden, wie in Fig. durch das Bezugszeichen 44 angedeutet ist.

Der gesamte Wärmetauscherblock besteht zweckmäßig aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Einheiten 40 (Fig. 8), die durch Abstandsstücke 45, z.B. Leisten, auf Abstand gehalten sind. Entsprechend Fig. 7 sind dabei alle Rohrschlangen 41 aus einem einzigen, durchlaufenden Rohr gebildet. Zur Vereinfachung der Herstellung des Wärmetauscherblocks wird dabei zunächst entsprechend Fig. 7 eine Mehrzahl von aneinander gekoppelten Einheiten 40 hergestellt, deren Rohrschlangen 41 durch je einen S- bzw. Z-förmigen Rohrabschnitt 46 miteinander verbunden sind. Dabei können die Einheiten 40 entsprechend Fig. 7 hintereinander, aber auch nebeneinander, sternförmig, dreieckförmig, kreisförmig od. dgl. angeordnet sein. Danach werden die einzelnen Einheiten 40 der Reihe nach übereinandergelegt, wobei die Rohrabschnitte 46 einfach entsprechend Fig. 8 umgefaltet werden und daher außerhalb des Vorder- bzw. Hinterendes des eigentlichen Wärmetauscherblocks zu liegen kommen.

Im Gegensatz zu Fig. 2 bis 4 durchströmt das Kältemittel die verschiedenen Einheiten 40 nicht parallel, sondern hintereinander. Daher kann die Rohrschlange 41 mit ihrem einen Ende 47 direkt mit der Leitung 9 (Fig. 1) und, mit ihrem anderen Ende 48 direkt mit der Leitung 11 verbunden werden. Der Anschluß der von den Leisten 45 und Platten 42 bzw. begrenzten Passagen für die Prozeßluft erfolgt analog zu Fig. 2 bis 4.

Die zwischen den Platten 42,43 befindlichen, die Rohrschlange 41 aufnehmenden Hohlräume sind zweckmäßig analog zu Fig. 2 bis 4 durch leistenförmige Abschlußelemente 49 verschlossen, die aus U-ProfHen bestehen können, vorzugsweise aber aus an den Platten 42,43 angebrachten Abkantungen bestehen, wie insbesondere Fig. 5 zeigt.

Im übrigen verlaufen die geraden Abschnitte der Rohrschlange 41 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 bis 4 vorzugsweise senkrecht zu den Leisten 45, so daß auch die Prozeßluftbzw. Kältemittelströme überwiegend senkrecht zueinander gerichtet sind.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf

vielfache Weise abgewandelt werden können. Alternativ zu Fig. 2 bis 8 wäre es beispielsweise möglich, die Abstandsstücke 28 und die jeweils angrenzenden Platten 23 bzw. die Abstandsstücke 45 und die beiden benachbarten Platten 42 und 43 als z.B. gefalzte Rohre 50 (Fig. 9) mit flachovalem bzw. rechteckigem Querschnitt auszubilden und die Rohrschlange 21 bzw. 41 jeweils zwischen zwei solchen Rohren zu befestigen, wobei die Achsen dieser Rohre zweckmäßig senkrecht zu den geraden Abschnitten der Rohrschlange angeordnet sind. Weiter wäre es möglich, die beschriebenen Wärmetauscher aus anderen Materialien als aus Aluminium herzustellen und/oder die Wärmetauscher für andere Zwecke als den beschriebenen Zweck zu verwenden. Weiterhin können die einzelnen Elemente der beschriebenen Wärmetauscher in anderen als den dargestellten Kombinationen verwendet werden. Weiter wäre es möglich, als Kondensator 7 einen entsprechenden Wärmetauscher zu verwenden, obwohl in diesem die Verschmutzungsgefahr kleiner als im Verdampfer 4 sein dürfte. Daher könnten bei dieser Anwendungsform auch zwischen den Platten 23 bzw. 42,43 die üblichen Lamellen angeordnet sein. Anstelle der Abstandsstücke 28 bzw. 45 könnten genutete Platten od. dgl. vorgesehen sein, die sich über die ganze Höhe und Tiefe der Wärmetauscherblöcke 20 bzw. 40 erstrecken und mit ihren Nuten die Platten 23, 42 bzw. 43 aufnehmen. Diese genuteten Platten könnten außerdem Löcher aufweisen, durch welche die Rohrabschnitte 46 bzw. die Enden 47 nach außen geführt werden. Schließlich können die Ströme des Kältemittels und der Luft auch anders als im Kreuzstrom, insbesondere auch im Gleich- oder Gegenstrom oder in jeder beliebigen anderen, vom jeweiligen Einzelfall abhängigen Richtung strömen, wozu die Leisten, Rohrschlangen od. dgl. lediglich eine andere Ausrichtung im jeweiligen Wärmetauscherblock 20 bzw. 40 erhalten brauchen. So ist ohne weiteres ersichtlich, daß die leistenförmigen Abstandsstücke 45 in Fig. 8 auch an den dort freien Seiten der Platten 42 bzw. 43, d.h. parallel zu den geraden Abschnitten der Rohrschlange 41, angeordnet sein könnten.

Claims (7)

Ansprüche

1) Wärmetauscher, insbesondere für einen Kondensations-Wäschetrockner, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem kombinierten Rohr/Platten-Wärmetauscher besteht und wenigstens eine Einheit aufweist, die eine mäanderförmig gewundene Rohrschlange (21,41) enthält, an deren beiden Breitseiten je eine Platte (23 bzw. 42,43) befestigt ist.

2) Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von zu einem Block übereinander gestapelten Einheiten (40) enthält, die durch Abstandsstücke (28,45) beabstandet sind.

3) Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangen (41) aller Einheiten aus einem durchlaufenden Rohr gebildet sind, das an den Enden des Blocks jeweils umgefaltet ist.

4) Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (21) aus im wesentlichen parallel zueinander verlegten, geraden Rohrabschnitten (24) und diese verbindenden, um 180° umlenkenden Abschnitten (25) besteht.

5) Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (28,45) geradlinig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind.

6) Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu den geraden Rohrabschnitten jeder Rohrschlange (21,41) verlaufenden und von den beiden zugehörigen Platten (23 bzw. 42,43) gebildeten seitlichen Ränder durch Abschlußelemente (30,49) oder Abkantungen verschlossen sind.

7) Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus eine Vielzahl von zu einem Block übereinander gestapelten Rohren mit flachovalem oder rechteckförmigem Querschnitt besteht, zwischen denen die Rohrschlangen angeordnet sind.