Wärmetransportvorrichtung

Abstract

 Wärmetransportvorrichtung mit einem Verdampfer (2), einem Kondensor (3), einem Wärmetransportmittel (5) und einem Ventil (7) zum Unterbrechen des Kondensatrückflusses zum Verdampfer (2), wobei das Ventil (7) im Kondensorbereich angeordnet ist und durch ein innerhalb der Vorrichtung angeordnetes und dem Wärmetransportmitteldampfdruck ausgesetztes Druckausdehnungsgefäß (10) betätigt wird.

Beschreibung

[0001] 1. Wärmetransportvorrichtung mit einem Verdampfer und einem damit in Verbindung stehenden, im Betrieb auf einem höheren Pegel angeordneten Kondensor, einem Wärmertransportmittel, das im Betrieb in Dampfphase vom Verdamefer zum Kondensor strömt und in flüssiger Phase zum Verdampfer zurückströmt, und einem Ventil zum Unterbrechen des Flüssigkeitsrückflusses, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (7) innerhalb des Kondensorbereiches (3) angeordnet ist und durch ein innerhalb der Vorrichtung angeordnetes und dem Dampfdruck des Wärmetransportmittels (5) ausgesetztes Druckausdehnungsgefäß (10 bzw. 20) betätigt wird, das beim Überschreiten eines bestimmten Dampfdruckes im Kondensor das Ventil schließt.

[0002] 2. Wärmetransportvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausdehnungsgefäß (10 bzw. 20) in äußerlich unbelastetem Zustand einen inneren Druck hat, der dem einer bestimmten maximal zulässigen Kondensortemperatur zugeordneten Dampfdruck des Wärmetransportmittels (5) entspricht.

[0003] 3. Wärmetransportvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (2) und der Kondensor (3) einen Teil eines einfachen geschlossenen Rohres (1) bilden und über eine das Ventil (7) überbrückende Druckausgleichsleitung (12 bzw. 30 bzw. 40) miteinander in Verbindung stehen.

[0004] 4. Wärmetransportvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausdehnungsgefäß als gasgefüllter Balg (10) ausgebildet ist.

[0005] 5. Wärmetransportvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckauidehnungsgefäß (20) eine mechanische Feder (23) vorgesehen ist.

Ansprüche

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetransportvorrichtung mit einem Verdampfer und einem damit verbundenen, im Betrieb höher gelegenen Kondensor, einem Wärmetransportmittel, das im Betrieb in Dampfphase vom Verdampfer zum Kondensor strömt und in flüssiger Phase zum Verdampfer zurückströmt, und einem Ventil zum Unterbrechen des Flüssigkeitsrückflusses.

Eine Wärmetransportvorrichtung der obengenannten Art ist aus der FR-PS 989 715 bekannt. Hierbei sind voneinander getrennte Dampf- und Flüssigkeitsrückflußleitungen vorhanden und ist in die Flüssigkeitsrückflußleitung ein handbetätigbares Ventil zur Unterbrechung des Rückflusses aufgenommen.

Der innere Druck einer derartigen Wärmetransportvorrichtung wird durch den Dampfdruck des Wärmetransportmittels an der kältesten Stelle, d.h. im Kondensorbereich, bestimmt. Der innere Druck ist also von der Temperatur des Kondensors abhängig. In vielen Anwendungsfällen ist es erwünscht, daß die Kondensortemperatur und damit die vom Kondensor einem Wärmeverbraucher abgegebene Wärmemenge einen bestimmten Wert nicht überschreiten, sogar dann nicht, wenn die Temperatur des Verdampfers diesen Wer weitgehend übersteigt.

Bei der obengenannten bekannten Vorrichtung kann zwar der Rückfluß des kondensierten Wärmetransportmittels unterbrochen und dadurch eine Abkühlung des Kondensors erhalten werden, aber durch Handbetätigung des Ventils ist eine Beherrschung der Kondensortemperatur auf einem bestimmten Temperaturpegel praktisch nicht durchführbar.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Wärmetransportvorrichtung zu schaffen, bei der die Temperatur des Kondensors auf einfache Weise automatisch auf einen maximalen und praktisch konstanten Wert begrenzt wird.

Zur Erfüllung dieser Aufgabe weist die Wärmetransportvorrichtung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung das Kennzeichen auf, daß das Ventil innerhalb des Kondensorbereiches angeordnet ist und durch ein innerhalb der Vorrichtung vorgesehenes und dem Dampfdruck des Wärmetransportmittels ausgesetztes Druckausdehnungsgefäß betätigt wird, das beim Überschreiten eines bestimmten Dampfdruckes im Kondensor das Ventil schließt.

Bei Unterbrechung des Kondensatrückflusses durch das Ventil sammelt sich das Kondensat über diesem Ventil an. Da das Ventil innerhalb des Kondensorbereiches liegt und die Wände des durch dieses Ventil begrenzten Kondensorteils isotherm sind, ist vermieden worden, daß innerhalb dieses Raumes ein Verdampfungskondensationskreislauf auftreten würde, wobei an der Stelle des Ventils die Verdampfungszone wäre.

Abhängig von der Kondensortemperatur und damit abhängig vom inneren Druck der Wärmetransportvorrichtung dehnt sich das Druckausdehnungsgefäß mehr oder weniger aus und sorgt das durch dieses Gefäß betätigte Ventil automatisch für das Unterbrechen bzw. Freigeben des Kondensatrückflusses.

Vorzugsweise hat das Druckausdehnungsgefäß in äußerlich unbelastetem Zustand einen inneren Druck, der dem einer bestimmten maximal zulässigen Kondensortemperatur zugeordneten Dampfdruck des Wärmetransportmittels entspricht.

Eine günstige Ausführungsform der Wärmetransprotvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer und der Kondensor einen Teil eines einfachen geschlossenen Rohres bilden und über eine das Ventil überbrückende Druckausgleichsleitung miteinander in Verbindung stehen.

Nach der Erfindung kann das Druckausdehnungsgefäß als gasgefüllter Faltenbalg ausgebildet sein.

Nach der Erfindung ist es auch möglich, daß im Druckausdehnungsgefäß eine mechanische Feder vorgesehen ist, wobei das Druckausdehnungsgefäß entweder evakuiert oder mit einem Gas eines bestimmten Druckes gefüllt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine rohrförmige Wärmetransportvorrichtung mit dem Ventil in geöffnetem Zustand (Fig. 1a) sowie in geschlossenem Zustand (Fig. 1b) und mit einer inneren Druckausgleichsleitung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine rohrförmige Wärmetransportvorrichtung mit dem Ventil in geöffnetem Zustand (Fig. 2a) und in geschlossenem Zustand (Fig. 2b) mit einer inneren Druckausgleichsleitung und mit einem innerhalb des Kondensors angeordneten Druckausgleichsgefäß,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine rohrförmige Wärmetransportvorrichtung mit dem Ventil im geöffneten Zustand (Fig. 3a) und in geschlossenem Zustand (Fig. 3b) und mit einer äußeren Druckausgleichsleitung,

Fig. 4a einen Längsschnitt durch eine Wärmetransportvorrichtung mit getrennter Dampfleitung und Kondensatrückflußleitung und mit dem Ventil in geöffnetem Zustand,

Fig. 4b eine Darstellung des Kondensorteils nach Fig. 4a mit dem Ventil in geschlossenem Zustand.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein geschlossenes Rohr bezeichnet mit einem Verdampfer 2 und einem Kondensor 3, der mit Flanschen 4 zur Förderung der Wärmeübertragung versehen ist. In dem Rohr 1 befindet sich ein Wärmetransportmittel 5, beispielsweise Wasser, Ammoniak oder Kohlenwasserstoff bekannt unter dem Markennamen Freon, das durch Zufuhr von von einer Wärmequelle 6 her_- rührender Wärme verdampfbar ist.

Innerhalb des Kondensors 3 ist ein Ventil 7 mit einem Ventilkörper 7a angeordnet, der mit einem Ventilsitz 8 zusammenarbeitet. Der Ventilkörper 7a ist über eine Stange 9 mit einem gasgefüllten Balg 10 als Druckaüsdehnungsgefäß verbunden. Der Balg 10 ist auf der Unterseite mittels einer Unterstützung 11 an der Wand des Rohres 1 befestigt. Durch den Ventilkörper 7a ist ein Rohr 12 als Druckausgleichsleitung hindurchgeführt.

Der Gasdruck innerhalb des Balges 10 in äußerlich unbelastetem Zustand entspricht dem einer maximal zulässigen Kondensortemperatur entsprechenden Dampfdruck des Wärmetransportmittels. Im Betrieb mit geöffnetem Ventil 7 verdampft die Flüssigkeit im Verdampfer 2, steigt zum Kondensor 3 auf und kondensiert an dieser Stelle unter Abgabe von Wärme. Unter dem Einfluß der Schwerkraft strömt das Kondensat zum Verdampfer 2 zurück. Wenn die Kondensortemperatur niedriger ist als die maximal erlaubte Kondensortemperatur, ist der Dampfdruck im Rohr 1 niedriger als der der maximal erlaubten Kondensortemperatur entsprechende Dampfdruck. In diesem Fall ist der Gasdruck innerhalb des Balges 10 größer als der Dampfdruck im Rohr 1 und das Ventil 7 wird durch den Balg 10 in geöffnetem Zustand gehalten (Fig. 1a). Erreicht die Kondensortemperatur den maximal erlaubten Wert, so ist der Dampfdruck größer als der Gasdruck innerhalb des Balges 10, wodurch dieser mit dem oberen Ende nach unten gedrückt und das Ventil 7 geschlossen wird. Das Wärmetransportmittel 5, das im Verdampfer 2 verdampft, gelangt nun über die Druckausgleichsleitung 12 in den Kondensor 3 und sammelt sich nach Kondensation über dem Ventil 7 an (Fig. 1b).

Da der Kondensatrückfluß unterbrochen ist, verdampft weniger Flüssigkeit im Verdampfer 2 (weniger Kochen an der Stelle der Verdampferwand durch eine abgenommene Kontaktoberfläche Verdampferwand/Flüssigkeit wegen eines niedrigeren Flüssigkeitspegels). Der Wärmetransport zum Kondensor nimmt daher ab. Dadurch sinkt die Kondensortemperatur.

Wegen der Druckausgleichsleitung 12 ist der Ventilkörper 7 auf beiden Seiten demselben Dampfdruck ausgesetzt, so daß dieser Körper nicht durch einen etwaigen höheren Dampfdruck auf der Verdampferseite nach oben gedrückt werden könnte.

Bei sinkender Kondensortemperatur nimmt der Dampfdruck im Rohr 1 ab, der Gasdruck im Balg 10 wird wieder vorherrschen und das Ventil 7 wieder geöffnet. Das Kondensat kann dann wieder zum Verdampfer 2 zurückströmen.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Vorrichtungen entspricht der der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die Wärmetransportvorrichtung nach Fig. 2 hat ein innerhalb des Kondensors 3 angeordnetes Druckausdehnungsgefäß 20 mit einem fest angeordneten Zylinder 21 und einem darin beweglichen Kolben 22. Der auf den Kolben 22 wirkende innere Druck des Ausdehnungsgefäßes 20 ist durch zwei Komponenten gegeben: eine abgeschlossene Gasmenge (nicht dargestellt) und eine Druckfeder 23.

Die Wärmetransportvorrichtung nach Fig. 3 weicht von der aus Fig. 1 darin ab, daß im vorliegenden Fall eine äußere Druckausgleichsleitung 30 statt einer inneren vorhanden ist.

Bei der Wärmetransportvorrichtung nach Fig. 4 ist eine Dampfleitung 40 und eine davon getrennte Kondensatrückflußleitung 41 vorhanden. Im Vergleich zu Fig. 1 ist der Balg 10 in diesem Fall im Kondensor 3 untergebracht. Die Dampfleitung 40 ist zugleich als Druckausgleichsleitung wirksam.

Außerhalb des Bereiches des Ventils 7 können die Innenwände der dargestellten Wärmetransportvarrichtungen mit einer Kapillarstruktur versehen sein, die für eine gleichmäßige Benetzung des Verdampfers und Kondensors sorgt und einen Rückfluß von Kondensat zum Verdampfer fördert.

Die Wärmetransportvorrichtung eignet sich beispielsweise zum Gebrauch in Sonnenkollektor- und Wärmepumpensystemen oder bei Warmwasserspeichern, deren Wassertemperatur einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf, beispielsweise zur Vermeidung von Kalkablagerung im Speicher.

Zeichnung