DE10030627A1

DE10030627A1 - Wärmetauscher für Kältetrockneranlagen

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Publication number: DE10030627A1
Application number: DE10030627A
Authority: DE
Original assignee: Ultra Filter International GmbH
Current assignee: Ultra Filter International GmbH
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-17
Also published as: AU2001276369A1; WO2002001133A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit thermischem Speicher vorzugsweise zum Trocknen von Druckluft, mit mindestens zwei ineinander angeordneten Rohren, wobei in einem Rohr das zu trocknende Gas und im anderen Rohr ein Wärme entziehendes zweites Medium strömt. Jeweils ein äußeres Rohr umschließt mindestens ein inneres Rohr. Dem inneren Rohr ist ein Kältespeicherrohr zugeordnet und der Zwischenraum zwischen diesen beiden Rohren ist mit einem als Latentwärmespeicher geeignetes Medium gefüllt, z. B. mit gefrierendem Wasser. Die Vorrichtung gewährleistet auch bei stark schwankenden Betriebsbedingungen eine konstante Austrittstemperatur des zu trocknenden Gases, wobei der Kälteerzeuger im Ein-Aus-Betrieb gefahren werden kann. Das thermische Speichermedium ist in einer gleichmäßig dünnen Schicht angeordnet und gewährleistet damit eine günstige Wärmedurchgangszahl, geringe Abmessungen und einfache Herstellbarkeit. Die weitere Ausgestaltung schafft einen bei Phasenänderung des Speichermediums erforderlichen Volumenausgleich und Mittel zur Steuerung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Kältetrockneranlagen mit thermischem Speicher, der insbesondere zum Trocknen von Druckluft eingesetzt wird. Anlagen dieser Art sind zur Trocknung aller gasförmigen Medien einsetzbar. Die folgenden Ausführungen für Druckluft gelten auch für die Anwendung der Erfindung mit anderen Gasen.

Druckluft ist ein Energieträger für Produktionsprozesse und muß definierten Reinheitskriterien genügen. Dabei steht die Forderung nach trockener, sauberer Druckluft im Vordergrund. Bei der Kältetrocknung wird das Gas abgekühlt, wodurch die Speicherfähigkeit für Wasserdampf und andere unerwünschte Bestandteile sinkt, sich diese Bestandteile in flüssiger Form ausscheiden und damit aus dem Gasstrom abgeschieden werden können. Die Abkühlung erfolgt in einem Kältemittel-Gas-Wärmetauscher üblicherweise auf eine Taupunkttemperatur direkt oberhalb von 0°C. Eine zu hohe Taupunkttemperatur führt zu einem unzulässig hohen Feuchtegehalt des getrockneten Gases, eine Temperatur unter 0°C zum Einfrieren des Kältetrockners. Daher muß die niedrigste Gastemperatur in einem möglichst engen Temperaturbereich geregelt werden.

Zur Energieeinsparung wird dem Kältemittel-Gas-Wärmetauscher ein Gas-Gas- Wärmetauscher vorgeschaltet, in dem die warme, zu kühlende Druckluft im Gegenstrom zur getrockneten, kalten Druckluft strömt und durch deren Kälte energiesparend vorgekühlt wird.

Der Kältemittelkreislauf dieser Kältetrockneranlagen ist auf die höchste im Betrieb auftretende Belastung auszulegen, die durch den Druckluftdurchsatz sowie durch Druckluft- und Umgebungstemperatur betimmt ist. Bei geringerer Belastung musst die Kälteleistung veringert werden, was durch Beeinflussung des Kältemittelkreislaufes wie z. B. Öffnen eines Heißgas-Bypass-Ventils oder durch Ein-Aus-Betrieb des Kältetrockners möglich ist, will man unzulässig niedrige Temperaturen der Druckluft vermeiden, die zu einem unerwünschten Einfrieren der ausgeschiedenen Feuchte führen würde.

Die Regelung über Heißgas-Bypass-Ventil führt im Gegensatz zum Ein-Aus-Betrieb zu beträchtlichem Energieverlust. Bei Ein-Aus-Betrieb schwankt die niedrigste Drucklufttemperatur im Kältetrockner, was zu einer unerwünschten Anhebung der Taupunkttemperatur und/oder zu unzulässig niedrigen Temperaturen und Einfrieren führt. Um diese Temperaturschwankungen gering zu halten, werden Wärmespeicher eingesetzt, die eine möglichst hohe Wärmekapazität aufweisen sollten.

Die EP 405 613 beschreibt Wärmetauscher mit Rohren, die rechtwinklig zu den Rohren angeordnete Rippen aufweisen. Bei einem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher verbinden diese Rippen eine Rohrschlange, durch die die abzukühlende Luft strömt, mit einer Rohrschlange, durch die das Kältemittel fließt; und bei einem vorgeschalteten Luft-Luft-Wärmetauscher die Rohrschlange mit der abzukühlenden Luft mit einer Rorschlange, durch die die vom Kältemittel abgekühlte Luft strömt und wieder aufgeheizt wird. Zwischen den Rippen befindet sich eine körnige Masse, die als Wärme- bzw. Kältespeicher dient, und deren Speicherfähigkeit durch Imprägnierung mit Wasser erhöht wird. Dies gilt besonders im Temperaturbereich des Gefrierpunktes von Wasser, da die latente Schmelzwärme des gefrierenden Wassers eine besonders gute Speicherwirkung ergibt.

Die EP 045 101 beschreibt einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher, bei dem die zu kühlende Druckluft über ein Wasserbad strömt und sich dabei abkühlt, wobei das Wasserbad selbst durch eine Rohschlange gekühlt wird, durch die das Kältemittel fließt. Auch bei dieser Anordnung kann die latente Schmelzwärme des gefrierenden Wassers genutzt werden.

Bei üblichen Kältetrocknern mit Heißgas-Bypass-Ventil oder ähnlichen Mitteln zur Regelung des Kältemittelkreislaufs ohne Nutzung der Speicherwirkung gefrierenden Wassers bestehen die Wärmetauscher beispielsweise aus zwei ineinandergesteckten Rohren, wobei ein Medium durch das innere Rohr, und das andere Medium durch den Zwischenraum zwischen innerem Rohr und äußerem Rohr strömt. Üblich ist es auch, mehrere innere Rohre in einem gemeinsamen äußeren Rohr anzuordnen.

Diese Rohr-im-Rohr-Wärmetauscher besitzen durch die unmittelbar benachbart fließenden beiden Medien, zwischen denen die Wärme ausgetauscht werden soll, einen sehr guten Wärmedurchgangskoeffizienten und dadurch geringe Abmessungen, sind einfach und kostengünstig herstellbar und im Kältetrockner geometrisch günstig anzuordnen. Weiterhin ist der Abfluß des aus der Luftfeuchte ausgeschiedenen Kondensates optimal, da das die zu entfeuchtende Druckluft führende Rohr mit ständigem Gefälle anzuordnen ist. Allerdings besitzen diese Wärmetauscher nur die geringe Wärmespeicherkapazität der Rohrwandungen, insbesondere keine erhöhte Speicherkapazität durch gefrierendes Wasser. Damit ist ein thermodynamisch günstiger Ein-Aus-Betrieb nur mit großen Temperaturschwankungen zu verwirklichen.

Die in EP 405 613 beschriebenen Wärmetauscher besitzen zwar eine hohe Wärmespeicherkapazität, jedoch einen ungünstigen Wärmedurchgangskoeffizienten, da die Wärme aus dem ersten Rohr nicht direkt zum zweiten Rohr, sondern über die Rippen und parallel dazu über die mit Wasser imprägnierte Speichermasse fließt. Dadurch werden große Rohrlängen erforderlich, die in Schlangenform anzuordnen sind und damit kein Gefälle für einen optimalen Kondensatabfluß ermöglichen. Dazu ist der Fertigungsaufwand und Raumbedarf gegenüber den beschriebenen Rohr-im-Rohr-Wärmetauschern wesentlich größer.

Der in EP 045 101 beschriebene Kältemittel-Luft-Wärmetauscher besitzt insgesamt zwischen Kältemittel und Druckluft einen im Vergleich zu den Rohr-im-Rohr- Wärmetauschern schlechten Wärmedurchgangskoeffizienten, da der Wärmstrome zusätzlich den Wärmeleitungswiderstand zwischen Rohrwand und Oberfläche des Wasserbades überwinden muß. Zusätzlich ist der Aufwand zur Erzeugung einer ausreichend großen Kontaktfläche zwischen Wasserbad und Druckluft, beträchtlich, da große Abmessungen des Druckbehälters zu verwirklichen sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der EP 405 613 einen zur Kältetrocknung von Gasen, insbesondere von Druckluft geeigneten Wärmetauscher zu schaffen, der einen günstigen Wärmedurchgangskoeffizienten sowie eine hohe Wärmespeicherfähigkeit aufweist, einfacher zu fertigen ist und einen guten Kondensatabfluß ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentspruchs 1 und der nachgeordneten Patentansprüche gelöst. Dabei ist mindestens ein inneres Rohr in einem äußeren Rohr angeordnet, wobei im inneren Rohr eines der beiden Medien und im äußeren Rohr das andere der beiden Medien strömt, die Wärme bzw. Kälte austauschen. Eiries der beiden Medien ist der abzukühlende Gasstrom, das andere Medium entweder der Kältemittelstrom oder der Strom des aufzuwärmenden getrockneten Gasstromes, der dabei seine Kälte an den abzukühlenden Gasstrom abgibt. Welches der Medien im inneren und welches im äußeren Rohr strömt, ist für die Erfindung belanglos.

Erfindungsgemäß wird in den Wärmefluß zwischen den beiden Medien ein thermisches Speichermedium geschaltet, das durch sein Kältespeichervermögen bei Lastschwankungen, Temperaturschwankungen, Ein-Aus-Betrieb des Kältemittelstromes etc. für eine über der Zeit quasi konstante Endtemperatur des den betreffenden Wärmetauscher verlassenden abgekühlten Gasstromes sorgt. Das thermische Speichermedium wird von einem Kältespeicherrohr eingeschlossen, wobei das Kältespeicherrohr innerhalb oder außerhalb des inneren Rohres angeordnet ist. Somit wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein ringförmiger Zylinder von Speichermedium um das im inneren Rohr strömende Medium gelegt, wobei der Wärmefluß diesen ringförmigen Zylinder auf seinem Weg von oder zum im äußeren Rohr fließenden Medium durchwandern muß. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Speichermedium um ein Medium an seiner Phasengrenze, also z. B. gefrierendes Wasser, oder gefrierende Salzlösung oder ein andere Flüssigkeit mit niedrigem Schmelzpunkt, wie z. B. Alkohol oder Gemische solcher Flüssigkeiten. Diesen Speichermedien soll gemeinsam sein, dass sie jeweils in einem engen Temperaturbereich große Wärme- bzw. Kältemengen speicherbar und damit die Temperatur des abzukühlenden Gases am Ausgang des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einem engen Temperaturbereich regelbar machen, auch wenn die Kälteversorgung des Kältetrockners für eine gewisse Zeitperiode abgeschaltet ist, oder Menge und Temperatur des zuströmenden zu entfeuchtenden Gases stark schwanken.

Beim Durchtritt des Wärmestromes durch das thermische Speichermedium und die Wandung des Kältespeicherrohres entsteht ein zusätzlicher Wärmedurchgangswiderstand, der für denselben Wärmestrom eine erhöhte Temperaturdifferenz zwischen den beiden Medien, die sich im Wärmeaustausch befinden, oder eine vergrößerte Wärmeaustauschfläche notwendig machen. Daher soll dieser zusätzliche Wärmedurchgangswiderstand möglichst gering sein. Überraschenderweise ist die Wärmeleitfähigkeit von Wasser und Eis so gut und die Kälte- bzw. Wärmespeicherfähigkeit gefrierenden Wassers so hoch, dass z. B. eine Schichtdicke des ringförmigen Zylinders aus Wasser/Eis voll 1 bis 2 mm nur eine unwesentlich Vergrößerung der Wärmetauschfläche erforderlich macht und dennoch bei Vollast des Kältetrockners mit einer Speicherdauer von 5 bis 10 Minuten eine Taupunkttemperatur von nahezu 0°C gewährleistbar macht. Dies ergibt etwa 3 bis 6 Schaltspiele des Kälteaggregates pro Stunde und damit eine durchaus schonende Betriebsweise für kostengünstigen Ein-Aus-Betrieb des Kälteaggregates.

Damit ist die Aufgabenstellung der Erfindung prinzipiell gelöst, wobei der bekannte Rohr- im-Rohr-Wärmetauscher gegenüber dem Stand ohne Kältespeicher kaum vergrößert werden muß und dazu alle Vorteile dieser Konstruktion gegenüber dem aufwendigen Wärmetauscher nach der EP 405 613 anwendbar werden.

Erfindungsgemäß sind neben gefrierendem Wasser auch andere Latentwärmespeicher wie Salzlösungen oder andere Flüssigkeiten mit niedriger Phasenumwandlungstemperatur also z. B. niedrigem Schmelzpunkt, wie z. B. Alkohol oder Gemische solcher Flüssigkeiten als thermisches Speichermedium einsetzbar. Damit wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher auch bei Kältetrocknern mit Taupunkttemperaturen unter 0°C einsetzbar, z. B. mit einer Taupunkttemperatur von -40°C. Kältetrockner dieser Art sind in der EP 198 08 011 beschrieben. Die Wahl des geeigneten thermischen Speichermediums hängt wesentlich von der gewünschten niedrigsten Gastemperatur des betreffenden Wärmetauschers ab. Kältetrockner dieser Art haben Gas-Gas-Wärmetauscher, in denen das zu entfeuchtende, warme Gas im Gegenstrom mit entfeuchtetem, kalten Gas auf Temperaturen direkt über 0°C abgekühlt und das ausgeschiedene Kondensat in flüssiger Form abgeleitet wird, gefolgt von Gas-Gas-Wärmetauschern und Kältemittel-Gas-Wärmetauschern, in denen die abzuscheidende Feuchte hauptsächlich in fester Form als Eis anfällt. In Kältetrockner dieser Art wird zweckmäßigerweise ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher als Gas-Gas- Wärmetauscher mit Wasser als Speichermedium im Bereich von 0°C und ein anderer erfindungsgemäßer Wärmetauscher als Gas-Gas-Wärmetauscher oder Kältemittel-Gas- Wärmetauscher mit einem thermischen Speichermedium mit entsprechend niedriger Phasenumwandlungstemperatur/Schmelzpunkt im Bereich der niedrigstem Gastemperatur, also z. B. bei -40°C eingesetzt. Die notwendige Enteisung dieser speziellen Kältetrockner soll hier nicht behandelt werden.

Erfindungsgemäß kann das Kältespeicherrohr innerhalb des inneren Rohres angeordnet sein, oder dieses umschließen. Der ringförmige Zylinder aus thermischem Speichermedium schließt im ersten Fall an die Innenwand- und im zweiten Fall die Außenwand des Rohres an. Dabei kann ein äußeres Rohr ein Innenrohr/Kältespeicherrohr umfassen oder mehrere. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind nicht ein einzelnes sondern mehrere innere Rohre gemeinsam in dem thermischen Speichermedium eines einzelnen Kältespeicherrohres, und alle zusammen in einem einzelnen äußeren Rohr angeordnet.

Innenrohr, Außenrohr und Kältespeicherrohr können erfindungsgemäß beliebig geformte Querschnitte haben, wie z. B. im Wesentlichen rechteckig, dreieckig, oval. Bevorzugt ist jedoch aus Gründen der Druckfestigkeit eine kreisrunde Form.

Einige der erfindungsgemäß einsetzbaren thermischen Speichermedien weisen bei Phasenänderung eine beträchtliche Änderung des spezifischen Volumens auf. So vergrößert sich das spezifische Volumen von Wasser beim Gefrieren um ca. 13%. Das Kältespeicherrohr ist daher erfindungsgemäß entweder aus elastisch verformbaren Werkstoff zu gestalten, oder es sind im Kältespeicherrohr unter Druck verformbare Elemente, z. B. aus Schaumstoff anzuordnen, oder das Kältespeicherrohr ist an ein Ausgleichsvolumen anzuschließen. Die elastische Verformbarkeit kann die Volumenänderung durch Änderung der Form oder durch Änderung der Mantelfläche erzeugen. Im zweiten Fall kann ein als Schlauch ausgeführtes Rohr mit kreisförmigem Querschnitt eine Durchmesseränderung erfahren, im ersten Fall sich z. B. ein ovaler Querschnitt zu einem kreisförmigen hin ändern.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, das Ausgleichsvolumen als Druckspeicher auszuführen, wobei der auf dem thermischen Speichermedium lastende Druck dann dem Systemdruck - also dem Druck des zu trocknenden Gases - entspricht oder bei Umgebungsdruck im Kältespeicherrohr die umgebende Atmosphäre als Ausgleichvolumen zu nutzen, wobei dann die Druckdifferenz zwischen Systemdruck und Atmosphärendruck auf dem Kältespeicherrohr lastet. Dabei kann das Kältespeicherrohr an einem oder beiden Enden mit dem Ausgleichsvolumen verbunden sein. Bei in diesem Sinne ungünstiger Gestaltung des Kältespeicherrohres kann dies die Gefahr in sich bergen, dass z. B. bei Verwendung von Wasser als thermisches Speichermedium in Rohrlängsrichtung betrachtet einzelne Bereiche des Kältespeicherrohres zufrieren und damit zwischen solchen zugefrorenen Stellen ein geschlossenes Volumen und in diesem bei Gefrieren weiteren Wassers sehr hohe Drücke entstehen können. Daher wird in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ein Ausgleichsverbinder im Kältespeicherrohr angeordnet, der alle Längenbereiche dieses Rohres verbindet und für einen Druckausgleich und Verbindung mit dem Ausgleichvolumen sorgt. Im Rahmen der Erfindung liegen ganz unterschiedliche Ausführungsformen des Ausgleichsverbinders, wie z. B. als mit nicht gefrierendem Medium gefüllter elastischer Schlauch. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Ausgleichsverbinder in Längsrichtung betrachtet in kurzen Abständen Öffnungen, die sein Innenvolumen mit dem übrigen Volumen des Kältespeicherohres verbinden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgleichverbinder als Ausgleichsrohr aus wärmeisolierendem Werkstoff ausgeführt, und im Ausgleichsrohr eine Heizung angeordnet, die bevorzugt aus einem mit niedriger Spannung betriebenen elektrischen Heizleiter besteht.

Im Rahmen der Erfindung liegen alle möglichen Gestaltungsformen der Wärmetauscherrohre (inneres Rohr, äußeres Rohr, Kältespeicherrohr) und deren Verbindung untereinander. Dabei können in einer einfachen Ausführungsform die drei Rohre, ohne in ihrem Verlauf, abgesehen von der Anbindung an Anschlussleitungen an ihren beiden Enden, weitere Befestigungen oder Abstandshalter untereinander zu haben, ineinander geschoben angeordnet sein. Auch können mehrere innere Rohre ohne weitere Befestigung untereinander oder zu dem sie umgebenden Kältespeicherrohr in dieses geschoben angeordnet sein. Bevorzugt sind die Rohre jedoch untereinander fixiert und im definierten Abstand gehalten, um optimale Bedingungen für den Wärmeübergang und die Kältespeicherung zu gewährleisten. Dies kann durch Ausstattung der Rohre mit Rippen oder andere Abstandshalter geschehen, die bei Anordnung der Rohre ineinander einen gleichmäßigen Abstand gewährleisten. So kann z. B. das innere Rohr angeformte Abstandshalter besitzen, die es im das innere Rohr umgebende Kältespeicherrohr zentrieren, und das Kältespeicherrohr seinerseits ebenfalls Abstandshalter aufweisen, die es im umgebenden äußeren Rohr zentrieren. Dies sind nur Beispiele für mögliche Ausgestaltungsformen der Rohre, die alle im Erfindungsumfang liegen sollen.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Rohre gemeinsam herstellbar auszuführen, so z. B. durch Aluminium-Strangpressen, und dabei Rohre und Rippen zusammen herstellbar zu gestalten. So kann man beispielsweise inneres Rohr und das dieses umschließende Kältespeicherrohr gemeinsam herstellen, wobei z. B. zwei, drei oder vier Rippen die beiden Rohre miteinander verbinden. Das Kältespeicherrohr kann dann auf seiner Außenseite glatt sein oder weitere Rippen aufweisen, die es einzeln in einem äußeren Rohr zentrierbar machen oder bei mehreren in einem gemeinsamen äußeren Rohr die Kältespeicherrohre untereinander auf Abstand halten. Im Rahmen der Erfindung liegt es dann auch, inneres Rohr, Kältespeicherrohr und äußeres Rohr einschließlich verbindender Rippen gemeinsam herstellbar auszuführen. Wichtig ist es, dass die Rippen so dünn sind, dass sie keinen wesentlichen Wärmefluß unter Überbrückung des thermischen Speichermediums ermöglichen und die Strömung eines der Medien nicht behindern.

Erfindungsgemäß ist es auch, Abstandshalter oder Rippen ohne Verbindung zu den Rohren zwischen diesen anzuordnen. Dabei kann es vorteilhaft sein, diese Rippen oder Abstandshalter in einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit auszuführen. Vorteilhaft ist es auch, eines oder mehrere der Rohre (inneres, äußeres Rohr, Kältespeicherrohr) mit in Längsrichtung der Rohre angebrachten Nuten auszustatten, welche die Rippen in Position halten. Die gesondert herstellbaren Rippen oder Abstandshalter sind in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Öffnungen ausgestattet, die einen Druckausgleich unter den Teilräumen ermöglichen, die innerhalb der Rohre durch Anordnung der Rippen gebildet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Kältespeicherrohr zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche eine gewellte Form, wobei es an den Wellenbergen dem äußeren Rohr und an den Wellentälern dem inneren Rohr nahe kommt. An einem oder mehreren Wellenbergen ist das Kältespeicherrohr über Rippen mit dem äußeren Rohr und an einem oder mehreren Wellentälern mit dem inneren Rohr verbunden, wobei die Rippen angeformt sein oder aus separaten Teilen bestehen können.

Für die Gestaltung des Kältespeicherrohres aus elastischem Werkstoff liegen ganz unterschiedliche Ausbildungsformen im Rahmen der Erfindung, wobei die folgenden nur beispielhaft genannt sind: ein elastischer Schlauch aus Kunststoff oder gewellter Metallfolie ist über das innere Rohr gezogen angeordnet und an seinen Enden mit dem inneren Rohr verbunden (z. B. durch Klemmring, Kleben) oder in das äußere Rohr gesteckt angeordnet und an seinen Enden mit diesem verbunden; spiralförmig wickelbarer Schlauch geringen Querschnitts, der um das innere Rohr gewickelt, oder in dieses oder das äußere Rohr gesteckt angeordnet ist.

In den bisherigen Ausführungen zu erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Wärmetauscher zur vereinfachten Beschreibung aus einem einzelnen äußeren Rohr. Zum Erfindungsumfang gehört jedoch auch ein Wärmetauscher, bestehend aus zwei Rohrgruppen aus jeweils mehr als einem Rohr, wobei in den Rohren der ersten Rohrgruppe das zu kühlende Gas strömt und in den Rohren der zweiten Rohrgruppe das dem zu kühlenden Gas Wärme entziehende zweite Medium (das z. B. das von einem Kälteerzeuger gelieferte Kältemittel sein kann, oder aufzuwärmendes getrocknet es Gas), wobei alle Rohre der ersten Rohrgruppe innere Rohre sein können und die Rohre der zweiten Rohrgruppe dann die inneren Rohre umgebenden äußere Rohre sind, oder umgekehrt alle Rohre der zweiten Rohrgruppe die inneren Rohre sind und die Rohre der ersten Rohrgruppe dann die inneren Rohre umgebenden äußere Rohre sind. Die inneren Rohre sind an beiden Enden in jeweils ein Sammelrohr geführt; auch die äußeren Rohre sind an beiden Enden mit jeweils einem Sammelrohr verbunden; dies gilt auch für die Kältespeicherrohre, sofern dies an einen gemeinsames Ausgleichsvolumen angeschlossen werden sollen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Rophrgruppen bestehend aus jeweils mehreren Rohren sind jeweils ein inneres und ein äußeres Rohr sowie ein Kältespeicherrohr im Wesentlichen gleichachsig angeordnet, wobei das äußere Rohr das innere umschließt und das Kältespeicherrohr entweder vom inneren Rohr umschlossen wird oder dieses umschließt. Die äußeren Rohre sind parallel zueinander angeordnet und mit dem betreffenden Sammelrohr z. B. durch Löten druckdicht verbunden, wobei diese Sammelrohre parallel zueinander und senkrecht zu den Rohrachsen der äußeren Rohre angeordnet sind. Innere Rohre und Kältespeicherrohre durchdringen diese Sammelrohre, wobei die Außenseite des äußeren beider Rohre auf der der Verbindung zwischen äußerem Rohr und zugehörigem Sammelrohr gegenüberliegenden Umfangsseite des Sammelrohres mit diesen Sammelrohren druckdicht verbunden ist. Auch die inneren Rohre sind an beiden Enden in jeweils einem Sammelrohr zusammengefasst, ebenfalls die Kältespeicherrohre, wobei die inneren Rohre die Sammelrohre der Kältespeicherrohre durchdringen, wenn die Kältespeicherrohre die inneren Rohre umfassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Umfeld werden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kältetrocknung von Druckluft nach dem Stand der Technik

Fig. 2 Querschnitt einer erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer bevorzugten Rohranordnung

Fig. 3 Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bestehend aus zwei Rohranordnungen gemäß Fig. 2

Fig. 4 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Rohranordnung gemäß Fig. 2 mit einer bevorzugten Fixierung der Rohre

Fig. 5 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer weiteren bevorzugten Rohranordnung mit mehreren inneren Rohren, jeweils versehen mit einem Kältespeicherrohr, und einem äußeren Rohr

Fig. 6 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer weiteren bevorzugten Rohranordnung mit mehreren inneren Rohren, einem gemeinsamen Kältespeicherrohr und einem äußeren Rohr

Fig. 7 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Rohranordnung gemäß Fig. 4 mit unterschiedlicher Fixierung der Rohre

Fig. 8 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Rohranordnung gemäß Fig. 4 mit unterschiedlicher Gestaltung des Kältespeicherrohres

Fig. 9 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Rohranordnung gemäß Fig. 2 mit zusätzlichem Ausgleichsverbinder

Fig. 10 Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem anderen Ausführungsbeispiel zur Gestaltung des Kältespeicherrohres

Fig. 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Kältetrocknung von Druckluft, wie sie nach dem Stand der Technik aufgebaut ist und betrieben wird. Sie weist in dieser einfachsten Form einen Kältemittelverdichter (1), einen Kältemittelverflüssiger (2), einen Kältemittel/Gas-Wärmetauscher (3) und ein Drosselorgan (4) zur Drosselung der Kältemittelströmung auf. Der Kältemittelverflüssiger (2) kann luftgekühlt oder wassergekühlt sein. Das Kältemittel, das in der gestrichelt gezeichneten Kältemittelleitung (9) strömt und dessen Strömungsrichtung der Richtungspfeil (11) zeigt, wird in flüssiger Form in die Kühlrohre des Kältemittel/Gas-Wärmeaustauschers (3) eingespritzt, verdampft dort unter Wärmeaufnahme, wird vom Kältemittelverdichter (1) angesaugt, verdichtet und in den Kältemittelverflüssiger (2) gedrückt, wo der Dampf unter Wärmeabgabe wieder kondensiert. Die Vorrichtung ist zusätzlich mit einem Gas/Gas- Wärmetauscher (12) ausgerüstet, in dem einerseits das aus dem Kältemittel/Gas- Wärmetauscher (3) austretende Gas erwärmt und andererseits das vom Gaseintritt (7) zuströmenden feuchte Gas abgekühlt wird. Der Gas/Gas-Wärmetauscher (12) bewirkt ganz beträchtliche Energieeinsparungen und senkt die relative Feuchte des aus der Vorrichtung austretenden Gases. Das Gas, insbesondere Druckluft, strömt vom Gaseintritt (7) über den Gas/Gas-Wärmetauscher (12) in den Kältemittel/Gas-Wärmetauscher (3), wird in beiden Wärmetauschern (3, 12) abgekühlt, scheidet dabei bestimmungsgemäß Feuchte ab und verläßt die Vorrichtung wieder über den Gasaustritt (8). Die Richtungspfeile (10) zeigen die Strömungsrichtung des Gases, das in der Gasleitung (6) strömt. Die als Kondensat ausgeschiedene Feuchte wird über den Kondensatableiter (5) abgeführt. Der Drucktaupunkt des getrockneten Gases wird durch die niedrigste Gastemperatur bestimmt, die bei der dargestellten Ausführungsform an dem Gasaustritt (8) zugewandten Ende des Kältemittel/Gas-Wärmetauschers (3) vorliegt. Will man ein Vereisen der Gasleitung (6) und der Strömungskanäle des Kältemittel/Gas-Wärmetauschers (3), deren durch Eisansatz bedingtes Zuwachsen und damit zusammenhängende Betriebsstörungen vermeiden, so muß die Vorrichtung so betrieben werden, daß im Kältemittel/Gas-Wärmetauscher (3) Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser ausgeschlossen sind. Dies wird durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers als Kältemittel/Gas- Wärmetauschers (3) mit gefrierendem Wasser als thermischem Speichermedium erreicht, auch wenn der Kälteerzeuger im Ein-Aus-Betrieb gefahren wird.

Betreibt man die Vorrichtung nach dem Stand der Technik bei Gastemperaturen unter 0°C, und läßt damit ein Vereisen zu, so zumindest ein Teil der Vorrichtung in gewissen Zeitabständen enteist werden. Vorrichtungen dieser Art sind in EP 198 08 011 beschrieben. Würde die Vorrichtung nach Fig. 1 mit Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes betrieben, so würde in einer bevorzugten Ausführungsform der Gas/Gas-Wärmetauscher (12) als erfindungsgemäßer Wärmetauscher mit gefrierendem Wasser als thermischem Speichermedium ausgestattet und an seinem Ausgang vor dem Übergang in den Kältemittel/Gas-Wärmetauscher (3) mit einem nicht dargestellten Kondensatableiter ausgerüstet, und der Kältemittel/Gas-Wärmetauscher (3) als erfindungsgemäßer Wärmetauschen mit einem latenten Kältespeicher mit entsprechend niedrigem Schmelzpunkt ausgestattet. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmetauscher in diesem Anwendungsbeispiel gewährleistet die Kältetrockneranlage in allen Lastbereichen und bei unterschiedlichen Temperaturen der eintretenden Druckluft auch bei kostengünstigem Ein- Aus-Betrieb, dass der Gas/Gas-Wärmetauscher (12) nicht einfriert und eine zuverlässige Kondensatabfuhr sicherstellt, und dass die vorgesehene Taupunkttemperatur als niedrigste Gastemperatur am Ausgang des Kältemittel/Gas-Wärmetauschers (3) eingehalten wird.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Dargestellt ist im Querschnitt jeweils ein Rohr einer ersten und einer zweiten Rohrgruppe, wobei im als inneres Rohr (15) ausgeführten Rohr der ersten Rohrgruppe ein erstes Medium (19) strömt, und im als äußeres Rohr (16) ausgeführten Rohr der zweiten Rohrgruppe ein zweites Medium (20) strömt und wobei sich beide Medien (19, 20) im Wärmeaustausch befinden. Beide Rohre sind in diesem Ausführungsbeispiel mit einer gemeinsamen Rohrlängsachse (23) angeordnet. Um das innere Rohr (15) ist das Kältespeicherrohr (17) gelegt, wobei der Zwischenraum zwischen innerem Rohr (15) und Kältespeicherrohr (17) mit dem thermischen Speichermedium (18) gefüllt ist. Der Wärme- bzw. Kältestrom zwischen beiden Medien (19, 20) verläuft über das thermische Speichermedium (18), dass damit weitgehend unabhängig von den Durchflußmengen der Medien (19, 20) und deren Eintrittstemperaturen in den erfindungsgemäßen Wärmetauscher die Austrittstemperatur des abzukühlenden ersten Mediums (19) kontrolliert. Wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gefrierendes Wasser als thermisches Speichermedium (18) eingesetzt, so liegt die Austrittstemperatur des ersten Mediums (19) geringfügig über °C, sofern bei Ein-Aus- Betrieb des Kältemittelverdichters (1) die Schaltfrequenz so gewählt wird, dass das Wasser nicht vollständig gefriert und das Eis nicht vollständig auftaut. Da sich die Rohre (15, 16) nicht direkt berühren, gibt es keinen unzulässigen direkten Wärmestrom zwischen den Medien (19, 20). Selbst wenn sich in diesem Ausführungsbeispiel die Rohre (15, 16, 17) mangels Fixierung untereinander berühren würden, so wäre der direkte Wärmeübergang infolge der unterschidlichen Krümmungsradien der Rohrwände der Rohre (15, 16, 17) sehr gering.

Bleibt man bei den weiteren Erläuterungen bei gefrierendem Wasser als thermisches Speichermedium (18) und überträgt die Erläuterungen sinngemäß auf andere erfindungsgemäß als thermisches Speichermedium (18) einsetzbaren Stoffe, so dehnt sich das Wasser-Eis-Gemisch beim Gefrieren beträchtlich aus und würde im Zwischenraum zwischen den Rohren (15, 17) sehr hohe Drücke erzeugen, würde man diesen Zwischenraum nicht an ein nicht dargestelltes Ausgleichsvolumen anschließen. Eine von beiden Enden oder beide Enden des im Querschnitt dargestellten Kältespeicherrohres (17) werden an dieses Ausgleichsvolumen angeschlossen, also vielmehr der Zwischenraum zwischen innerem Rohr (15) und Kältespeicherrohr (17). Steht dieses Ausgleichsvolumen erfindungsgemäß unter atmosphärischem Druck, so muß das Kältespeicherrohr (17) für den Überdruck des zweiten Mediums (20) als Außendruck dimensioniert sein. Daher kann es ebenfalls erfindungsgemäß von Vorteil sein, das Ausgleichsvolumen als Druckspeicher auszuführen, dessen Druck ungefähr dem Druckniveau der Medien (19, 20) entspricht.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass das erste Medium (19) auch im äußeren Rohr (16) strömen könnte, und das zweite Medium (20) entsprechend im inneren Rohr (15). Auch könnte das Kältespeicherrohr (17) vom inneren Rohr (15) umschlossen werden. Die dargestellten Rohre (15, 16, 17) des Ausführungsbeispiels haben kreisrunden Querschnitt und konstante Wandstärke, wobei die Rohrwände in einem Grauton dargestellt sind.

Erfindungsgemäß kann der Querschnitt eines oder mehrerer der Rohre (15, 16, 17) auch eine andere als kreisrunde Form annehmen, und eines oder mehrerer der Rohre (15, 16, 17) können mit nicht dargestellten Ausformungen versehen sein, die die Position der Rohre (15, 16, 17) untereinander fixieren. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Rohre (15, 16, 17) mit allen möglichen Materialien und Materialstärken auszuführen, so z. B. aus Metall oder Kunststoff als steifes Rohr oder als flexibler Schlauch oder als dünne Folien.

Fig. 3 zeigt zwei innere Rohre (15), zwei äußere Rohre (16) und zwei Kältespeicherrohre (17), wobei jedes dieser beiden Rohre (15, 16, 17) jeweils an ein Sammelrohr (26) angeschlossen sind und Rohrlängsachsen (23) der Sammelrohre (26) parallel angeordnet sind. Dabei durchdringen innere Rohre (15) und Kältespeicherrohe (17) das Sammelrohr (26), an das die beiden äußeren Rohre (16) angeschlossen sind, und die Außenseiten der Kältespeicherrohre (17) sind dichtend mit diesem Sammelrohr (26) verbunden. Die inneren Rohre (15) durchdringen das Sammelrohr (26) an das die Kältespeicherrohre (17) angeschlossen sind, und die Außenseiten der Kältespeicherrohre sind dichtend mit diesem Sammelrohr (26) verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung strömt in den inneren Rohren (15) Kältemittel als zweites Medium (20), dargestellt durch die Richtungspfeile (11) der Kältemittelleitung (9). Der abzukühlende Gasstrom, dargestellt durch die Richtungspfeile (10), strömt als erstes Medium (19) in den äußeren Rohren (16). Das Sammelrohr (26), an das die das thermische Speichermedium (18) führende Kältespeicherrohre (17) angeschlossen sind, wirken als Ausgleichsvolumen (21) oder sind an diese angeschlossen. Die äußeren Rohre (16) bilden in diesem Ausführungsbeispiel die erste Rohrgruppe (13), und die inneren Rohre (15) die zweite Rohrgruppe (14).

Das in Fig. 3 dargestellte Beispiel eines erfindungsgemäßen Anschlusses der Rohre (15, 16, 17) an Sammelrohre (26) ist analog auch am anderen Ende der Rohre (15, 16, 17) vorgesehen. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen des Anschlusses der Rohre (15, 16, 17) an Zuführleitungen für das erste und zweite Medium (19, 20) und Verbindungsleitungen für das thermische Speichermedium (18) ausführbar, die alle zum Umfang der Erfindung gehören.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei handelt es sich um die in Fig. 2 beschriebenen Einzelheiten mit denselben Bezugszeichen, wobei die drei Rohre (15, 16, 17) untereinander durch Rippen (22) verbunden sind, die die Lage der Rohre (15, 16, 17) untereinander fixieren. Die Rippen (22) können jeweils einseitig an einem der Rohre (15, 16, 17) befestigt oder mit diesem zusammen hergestellt sein, oder auch an ihren beiden Seiten mit jeweils einem anderen Rohr (15, 16, 17) verbunden sein.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind drei das zweite Medium (20) führende innere Rohre (15) jeweils von einem das thermische Speichermedium (18) beinhaltenden Kältespeicherrohr (17) umgeben und alle zusammen von dem das erste Medium (19) führenden äußeren Rohr (16).

Bei dem in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind drei das erste Medium (19) führende innere Rohre (15) von einem gemeinsamen das thermische Speichermedium (18) beinhaltenden Kältespeicherrohr (17) umgeben und diese von dem das zweite Medium. (20) führenden äußeren Rohr (16).

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 der Erfindung, das ein inneres Rohr (15) mit einem dazu innenliegenden Kältespeicherrohr (17) darstellt, sind die beiden Rohre (15, 17) mit gesondert herstellbare Rippen (22) zueinander fixiert, wobei diese Rippen (22) einseitig in Längsnuten (24) geführt sind. Im dargestellten Beispiel sind die Rippen (22) vorteilhafterweise mit Queröffnungen (25) zum Druckausgleich zwischen den von den Rippen (22) gebildeten Teilräumen. Fig. 7 zeigt am unteren Bildrand einen Abschnitt einer solchen Rippe (22).

Das in Fig. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung stimmt mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 überein mit folgenden Unterschieden: Das Kältespeicherrohr (17) ist zu Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche nicht kreisrund sondern in Wellenform ausgeführt, wobei die Wellenberge nahe an das äußere Rohr (16) und die Wellentäler nahe an das innere Rohr (15) heranreichen. An jeweils zwei Stellen ist das Kältespeicherrohr (17) durch Rippen (22) mit dem inneren Rohr (15) und dem äußeren Rohr (16) verbunden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9, das wiederum mit den Erläuterungen zu Fig. 2 übereinstimmt, ist im thermischen Speichermedium (18) ein als Ausgleichsrohr (28) ausgebildeter Ausgleichsverbinder (27) mit elektrischem Heizleiter (29) angeordnet, der eine Verbindung mit allen Längenbereichen des Kältespeicherrohres (17) für erforderlichen Druckausgleich offen hält und das isolierte Zufrieren abgeschlossener Längenbereiche mit durch die Volumenvergrößerung des Zufrierens möglichen hohen Drücken verhindert. Weiterhin zeigt Fig. 9 einen Sensor (30), mit dessen Hilfe eine thermische Überladung oder thermische Entleerung des thermischen Speichermediums (18) erkennbar wird. Dieser Sensor (30) kann ein Temperatursensor sein, der eine Abweichung von der vorgesehenen Speichertemperatur bei Wasser/Eis durch vollständiges "Zufrieren" oder vollständiges "Auftauen" erkennt. Es kann auch ein Sensor sein, der die hydraulische Durchgängigkeit misst. Dies ist z. B. dadurch zu verwirklichen, dass an einem Ende des Kältespeicherrohres (17) eine hydraulische Schwingung erzeugt und deren Durchleitung über die Länge des Kältespeicherrohres (17) oder deren Beeinträchtigung bei Anwendung von Wasser/Eis durch Zufrieren überwacht wird.

Fig. 10 zeigt eine besondere Ausbildung der Erfindung, bei der das Kältespeicherrohr (17) als flexibles Rohr kleinen Durchmessers mit nicht kreisförmigem Querschnitt und schraubenförmig aufgewickelt ausgeführt und in das innere Rohr (15) gedrückt montiert ist. Das Kältespeicherrohr (17) hat eine der Innenwand des inneren Rohres (15) zugewandte glätte Fläche, die für einen guten thermischen Kontakt sorgt. Form, Wandung und Material des Kältespeicherrohres (17) sind so elastisch ausgeführt, dass die Änderung des spezifischen Volumens beim Gefrieren durch Änderung des Querschnitts des Kältespeicherrohres (17) ausgleichbar ist.

In den Figuren sind nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Erfindung soll sich ausdrücklich über die beschriebenen Beispiele hinaus auf alle anderen möglichen Gestaltungs-, Ausführungs- und Anordnungsformen der Rohre (15, 16) der beiden Rohrgruppen (13, 14), deren Zuordnung und Fixierung untereinander, der Zuordnung der Rohre (15, 16) zu den Medien (19, 20) sowie den Rohrgruppen (13, 14) und ihre Anbindung an die Zuleitungsrohre für die Medien (19, 20) und eventuell vorhandene Ausgleichsvolumen (21) beziehen. Wichtig ist im Sinne der Erfindung, dass

- die Rohre einer der beiden Rohrgruppen (13, 14) innerhalb der Rohre der anderen Rohrgruppe (13, 14) angeordnet sind, so dass jeweils ein äußeres Rohr (16) mindestens ein inneres Rohr (15) umschließt;
- jedem inneren Rohr (15) ein Kältespeicherrohr (17) zugeordnet ist, so dass eines der beiden Rohre (15, 17) das andere Rohr (15, 17) umschließt, wobei der Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr (15) und dem Kältespeicherrohr (17) mit einem thermischen Speichermedium (18) gefüllt ist;
- eines der beiden ersten oder zweiten Medien (19, 20) innerhalb des inneren Rohres (15) strömt und das andere Medium (19, 20) innerhalb des äußeren Rohres (16) fließt und dabei außerhalb des inneren Rohres (15) und auch außerhalb des ihm zugeordnetem Kältespeicherrohres (17);
- und der Wärmeübertragungsweg zwischen den Rohren der beiden Rohrgruppen (13, 14) hauptsächlich über das thermische Speichermedium (18) hergestellt ist ohne wesentlichen zusätzlichen direkten thermischen Kontakt der Rohre der beiden Rohrgruppen (13, 14) untereinander.

Dadurch wird insgesamt die Aufgabe der Erfindung gelöst.

Besonders vorteilhaft ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung

- als thermisches Speichermedium eine sogenannten Latentwärmespeichermasse zu verwenden, die durch geeignete Auswahl bei einer bestimmte Speichertemperatur, die in den meisten Fällen eine Phasenumwandlungstemperatur z. B. Schmelztemperatur ist, in einem engen Temperaturbereich beträchtliche Wärmemengen speichern kann
- das partielle Zufrieren des thermischen Speichermediums (18) durch Einsatz eines Ausgleichsverbinder (27) zu verhindern, der alle Längenbereiche des Kältespeicherrohres (17) miteinander verbindet
- ein thermisches Überladen des thermischen Speichermediums (18) oder dessen thermische Entladung mit geeigneten Sensoren zu überwachen

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Kältemittelverdichter

2

Kältemittelverflüssiger

3

Kältemittel-Gas-Wärmetauscher

4

Drosselorgan

5

Kondensatableiter

6

Gasleitung

7

Gaseintritt

8

Gasaustritt

9

Kältemittelleitung

10

Richtungspfeil Gasstrom

11

Richtungspfeil Kältemittelstrom

12

Gas-Gas-Wärmetauscher

13

Rohr der ersten Rohrgruppe

14

Rohr der zweiten Rohrgruppe

15

inneres Rohr

16

äußeres Rohr

17

Kältespeicherrohr

18

thermisches Speichermedium

19

erstes Medium

20

zweites Medium

21

Ausgleichsvolumen

22

Rippe

23

Rohrlängsachse

24

Längsnut

25

Queröffnung

26

Sammelrohr

27

Ausgleichsverbinder

28

Ausgleichsrohr

29

Heizleiter

30

Sensor

Claims

1. Wärmetauscher mit thermischem Speicher zur Kältetrocknung von Gasen, insbesondere zum Trocknen von Druckluft, bestehend aus zwei Rohrgruppen mit mindestens je einem Rohr, wobei in den Rohren der ersten Rohrgruppe als erstes Medium das zu kühlende und dadurch zu trocknende Gas und in den Rohren der zweiten Rohrgruppe ein dem zu trocknenden Gas Wärme entziehendes zweites Medium strömt, und wobei die beiden Rohrgruppen in thermischem Kontakt zueinander stehen und ein thermisches Speichermedium umfassen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Rohre einer der beiden Rohrgruppen (13, 14) sind innerhalb der Rohre der anderen Rohrgruppe (13, 14) angeordnet, so dass jeweils ein äußeres Rohr (16) mindestens ein inneres Rohr (15) umschließt;
dem mindestens einen inneren Rohr (15) ist ein Kältespeicherrohr (17) zugeordnet, so dass eines der beiden Rohre (15, 17) das andere Rohr (15, 17) umschließt, wobei der Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr (15) und dem Kältespeicherrohr (17) mit einem thermischen Speichermedium (18) gefüllt ist;
eines der beiden ersten oder zweiten Medien (19, 20) strömt innerhalb des mindestens einen inneren Rohres (15) und das andere Medium (19, 20) fließt innerhalb des äußeren Rohres (16) und dabei außerhalb des inneren Rohres (15) und auch außerhalb des ihm zugeordneten Kältespeicherrohres (17);
und der Wärmeübertragungsweg zwischen den Rohren der beiden Rohrgruppen (13, 14) ist hauptsächlich über das thermische Speichermedium (18) hergestellt ohne wesentlichen zusätzlichen direkten thermischen Kontakt der Rohre der beiden Rohrgruppen (13, 14) untereinander.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes inneres Rohr (15) mit zugeordneten Kältespeicherrohr (17) innerhalb des äußeren Rohres (16) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere innere Rohre (15) von einem gemeinsamen Kältespeicherrohr (17) umgeben sind, und das Kältespeicherrohr (17) innerhalb des äußeren Rohres (16) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere innere Rohre (15) mit jeweils einem zugeordneten Kältespeicherrohr (17) innerhalb des äußeren Rohres (16) angeordnet sind.

5. Vorrichtung mach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) innerhalb des zugeordneten inneren Rohres (15) angeordnet ist und von diesem umschlossen wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) außerhalb des zugeordneten inneren Rohres (15) angeordnet ist und dieses umschließt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr (15) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (16) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) ein starres Rohr mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ist und der Zwischenraum zwischen dem mindestens einen inneren Rohr (15) und Kältespeicherrohr (17) zur Kompensation von Änderungen des spezifischen Volumens des thermischen Speichermediums (18), insbesondere bei Phasenumwandlung wie Gefrieren, an ein Ausgleichsvolumen (21) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsvolumen (21) mit der umgebenden Luft verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im thermischen Speichermedium (18) parallel zur Rohrlängsachse (23) ein Ausgleichsverbinder (27) angeordnet ist, der alle Längenbereiche des Zwischenraumes zwischen innerem Rohr (15) und Kältespeicherrohr (17) mit dem Ausgleichsvolumen (21) verbindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsverbinder (27) als Ausgleichsrohr (28) ausgeführt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsrohr (28) mit dem thermischen Speichermedium (18) gefüllt ist und über in kurzen Abständen angeordneten Ausgleichsbohrungen mit dem übrigen thermischen Speichermedium (18) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des aus wärmeisolierendem Werkstoff bestehenden Ausgleichsverbinders (27) ein sich in Richtung der Rohrlängsachse (23) erstreckender, zur Verhinderung des Einfrierens des innerhalb des Ausgleichsverbinders (27) befindlichen Mediums geeigneter Heizleiter (29) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (29) durch elektrischen Strom beheizbar ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass inneres Rohr (15) und Kältespeicherrohr (17) durch Rippen (22) miteinander verbunden sind, die in Richtung der Rohrlängsachse (23) verlaufen und so gestaltet sind, dass sie keinen wesentlichen Wärmetransportweg zwischen erstem Medium (19) und zweitem Medium (20) bilden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (22) mit einem der beiden Rohre (15, 17) fest verbunden sind und mit diesem eine Einheit bilden, und das anderer Rohr (15, 17) von den Rippen (22) in Position gehalten wird.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (22) inneres Rohr (15), Kältespeicherrohr (17) und äußeres Rohr (16) miteinander verbinden, und die gesamte Einheit (15, 16, 17, 22) in einem einzigen Fertigungsprozeß wie z. B. Strangpressen herstellbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (22) mit keinem der beiden Rohre (15, 17) fest verbunden und mindestens drei Rippen (22) vorhanden sind, wobei Rippen (22) und Rohre (15, 17) mittels je Rippe (22) mindestens einer mindestens einem der beiden Rohre (15, 17) zugeordneten, die Rippe (22) führenden Längsnut (24) positionierbar sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (22) mit Queröffnungen (25) ausgestattet sind, die einen Druckausgleich zwischen den durch Rippen (22) und Rohre (15, 17) gebildeten sich in Rohrlängsrichtung (23) erstreckenden Kanälen ermöglichen.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass äußeres Rohr (16) und Kältespeicherrohr (17) durch Rippen (22) miteinander verbunden sind, die in Richtung der Rohrlängsachse (23) verlaufen und so gestaltet sind, dass die Strömung des fließenden Mediums (19, 20) nur wenig behindert wird.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) zur Kompensation von Änderungen des spezifischen Volumens des thermischen Speichermediums (18), insbesondere beim Gefrieren, elastisch verformbar ausgeführt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) aus einem Schlauch besteht, der über das innere Rohr (15) gezogen ist und an beiden Enden mit diesem zum Einschluß des thermischen Speichermediums (18) verbunden ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) aus einem Schlauch besteht, der in das innere Rohr (15) gesteckt ist und an beiden Enden mit diesem zum Einschluß des thermischen Speichermediums (18) verbunden ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) aus einem Wellschlauch besteht.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) aus einem Kunststoffschlauch besteht.

27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) als gewickeltes Rohr geringen Querschnitts ausgeführt ist, das sich an die Rohrwand des inneren Rohres (15) anlegt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kältespeicherrohr (17) an die innere Rohrwand des inneren Rohres (15) anlegt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeicherrohr (17) um das innere Rohr (15) gewickelt ist.

30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Einheiten - bestehend aus jeweils einem inneren Rohr (15), einem Kältespeicherrohr (17) und einem äußeren Rohr (16) mit gemeinsamer Rohrlängsachse (23) - strömungsmäßig parallel geschaltet und an beiden Enden an jeweils drei Sammelrohre (26) angeschlossen sind, wobei jeweils ein Sammelrohr (26) die parallel geschalteten inneren Rohre (15), Kältespeicherrohre (17) und äußeren Rohre (16) verbindet.

31. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Speichermedium (18) Wasser Verwendung findet.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Speichermedium (18) frierendes Wasser eingesetzt wird, das eine Taupunkttemperatur unmittelbar oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser belastungsunabhängig regelbar macht.

33. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Speichermedium (18) eine Flüssigkeit eingesetzt wird, die durch ihre im Vergleich zu Wasser niedrige Phasenumwandlungstemperatur, insbesondere ihres niedrigen Schmelzpunktes, eine Taupunkttemperatur unter 0°C, insbesondere im Bereich von -20°C bis -70°C, weitgehend belastungsunabhängig regelbar macht.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Speichermedium (18) eine Salzlösung verwendet wird.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Speichermedium (18) eine organische Substanz verwendnet wird.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Speichermedium (18) ein Alkohol oder ein Alkohol-Gemisch verwednet wird.

37. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des thermischen Speichermediums (18) mindestens ein Sensor (30) angeordnet ist, der durch beginnendes Abweichen von einem vorgegebenen Sollwert ein thermisches Überladen des thermischen Speichermediums (18) oder dessen vollständige thermische Entleerung erkennbar macht.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (30) ein Temperatursensor verwendet wird.

39. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (30) ein Füllstandssensor verwednet wird, der die Volumenausdehnung des thermischen Speichermediums (18) messbar macht.

40. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (30) ein Sensor verwendet wird, der durch Überwachung der hydraulischen Durchgängigkeit des thermischen Speichermediums über die Länge des Kältespeicherrohres (17) ein beginnendes "Zufrieren" und damit eine thermische Überladung erkennbar macht.