DE10164661A1

DE10164661A1 - Wärmetransportsystem

Info

Publication number: DE10164661A1
Application number: DE2001164661
Authority: DE
Inventors: Michael Schick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-31
Filing date: 2001-12-31
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2022-01-01
Also published as: DE10164661B4

Abstract

Es wird eine Wärmetransportsystem, insbesondere für eine Gebäudeheizung und/oder eine Brauchwasserzuführung, mit einem Röhrensystem zum Führen eines Fluids vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest bereichsweise ein erster Fluidstrom innerhalb eines, zumindest unmittelbar benachbart zu einem, zweiten Fluidstrom verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetransportsystem, insbesondere für eine Gebäudeheizung und/oder eine Brauchwasserzuführung, mit einem Röhrensystem zum Führen eines Fluids.
Wärmetransportsysteme der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Sie werden beispielsweise als Zentralheizung in Gebäuden installiert. Sie können eine Zirkulationspumpe sowie ein Röhrensystem mit Vorlaufleitungen und Rücklaufleitungen aufweisen. Zum Wärmetransport wird mit der Zirkulationspumpe ein aufgeheiztes oder gekühltes Fluid durch das Röhrensystem gepumpt. Am Ende der Vorlaufleitung kann sich ein Wärmetauscher, der Wärme oder Kälte abgibt befinden. Es sind auch Systeme bekannt, bei denen der Wärmetransport lediglich dazu ausgenutzt wird, das Röhrensystem vorzuheizen, um beispielsweise sehr schnell an einem Verbrauchsort vorgewärmtes Brauchwasser entnehmen zu können. Hierzu wird über die Zirkulationspumpe ständig vorgewärmtes Wasser durch das Röhrensystem gepumpt. Es hat sich gezeigt, dass hierzu eine zusätzliche Rücklaufleitung erforderlich ist, und dass hohe Energieverluste durch die Pumpenleistung auftreten. Weiter tritt auch ein hoher Energie Verlust an dem gekühlten beziehungsweise aufgeheizten Röhrensystem auf.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wärmetransportsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, dass diese Nachteile vermeidet oder zumindest deutlich reduziert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wärmetransportsystem vorgeschlagen, dieses zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest bereichsweise ein erster Fluidstrom innerhalb eines, zumindest unmittelbar benachbart zu einem, zweiten Fluidstrom verläuft. Dies bietet den Vorteil, dass der erste Fluidstrom gegenüber der Umwelt von dem zweiten Fluidstrom, zumindest teilweise, abgeschirmt wird. Dementsprechend können die auftretenden Energieverluste deutlich reduziert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitungen vorgesehen sind.
Über die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung kann mit Hilfe der Zirkulationspumpe das Fluid umgewälzt werden.
Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich dadurch auszeichnet, dass die Fluidströme gegenläufig führbar sind.
Dies bietet den Vorteil, dass zwischen den Fluidströmen ein Energieaustausch stattfinden kann. So können beispielsweise die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung im Gegenstrom geführt werden. Hierdurch kann das Röhrensystem gleichmäßiger aufgewärmt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorlaufleitung innerhalb der Rücklaufleitung verläuft. Die Vorlaufleitung verläuft also innerhalb der Rücklaufleitung und ist somit durch diese von der Umwelt abgeschirmt. Folglich treten an der Vorlaufleitung deutlich geringere Energieverlust durch Wärme- und/oder Kälteübertragung an die Umwelt auf.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorlaufleitung innerhalb der Rücklaufleitung endet. An dem Ende der Vorlaufleitung, die innerhalb der Rücklaufleitung verläuft und von der Zirkulationspumpe mit Fluid gespeist wird, mündet also das Fluid in der Rücklaufleitung. An dieser Stelle kann eine Richtungsumkehr des Fluids stattfinden, sodass dieses auf der Außenseite der Vorlaufleitungen, aber innerhalb der Rücklaufleitung, wieder zurück strömen kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorlaufleitung Verzweigungen aufweist. Die Vorlaufleitung, die innerhalb der Rücklaufleitung verläuft, kann so Verzweigungen derselben folgen. Damit ist es auch möglich ein verzweigtes Röhrensystem zu realisieren und/oder vorzuheizen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rücklaufleitung und oder die Vorlaufleitung als Brauchwasserleitungen nutzbar sind. Dies bietet den Vorteil, dass im Falle einer Entnahme von größeren Mengen des Fluid des, insbesondere Brauchwassers, zusätzlich die Kapazität der Rücklaufleitung auch als Vorlaufleitung genutzt werden kann. Damit kann also die Auslegung der Rücklaufleitung, trotz der innerhalb verlaufenden Vorlaufleitung, nahezu gleich erfolgen wie ohne innerhalb verlaufende Vorlaufleitung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Frischwasserzuführleitung vorgesehen ist. Über die Frischwasserzuführleitung kann das System mit frischem Wasser aufgefüllt werden, das das entnommenen Brauchwasser ersetzt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine in der Leitungen flexibel ist. Eine flexible Leitungen kann in ein bestehendes Röhrensystem sehr leicht nachträglich eingebracht werden. Hierzu kann beispielsweise ein Zugseil in dieses eingebracht werden, mit dem dann anschließend die flexible Leitungen in das bestehende Röhrensystem eingezogen wird. Es ist also möglich auch bestehende, nicht vorgeheizten Röhrensystem mit dem Wärmetransportsystem nachzurüsten.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Wärmetransportsystem mit drei Entnahme stellen;
Fig. 2, 3 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des in Fig. 1 Fig. 4 zeigt ein Wärmetransportsystem zum beheizen und/oder kühlen.
Fig. 1 zeigt ein Wärmetransportsystem 1 mit einer Zirkulationspumpe 3, einer Vorlaufleitung 5, eine Rücklaufleitung 7, einen Speicher 9 sowie einer Zuführleitung 11.
Der Speicher 9 kann über die Zuführleitung 11 mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Frischwasser, gespeist werden. Dieses kann in dem Speicher 9 gekühlt oder geheizt werden. Der Speicher 9 dient also als Wasserspeicher und auch als Energie Speicher, in Form von Wärmeenergie. Die Vorlaufleitung 5 ist mit dem Speicher 9 verbunden. Über die Zirkulationspumpe 3 kann das Wasser von dem Speicher 9 durch die Vorlaufleitung 5, bis zu einer Mündung 13 gepumpt werden. Die Mündung 13 liegt innerhalb der Rücklaufleitung 7. Somit kann das Wasser in der Rücklaufleitung 7, die ebenfalls den Speicher 9 angeschlossen ist, in diesen zurück strömen.
Es ist zu erkennen, dass die Vorlaufleitung 5 zwischen einer Einleitung 15 und in der Mündung 13 innerhalb der Rücklaufleitung 7 geführt wird.
In einem ersten Betriebszustand zirkuliert also das Wasser von dem Speicher 9 über die Vorlaufleitung 5 zur Zirkulationspumpe 3, weiter über die Vorlaufleitung 5 zur Einleitung 15 bis zur Mündung 13 der Zulaufleitung 5 und von dort über die Rücklaufleitung 7 wieder zurück zum Speicher 9. Zwischen der Einleitung 15 und der Mündung 13 verläuft das Wasser in der Vorlaufleitung 5, ihrerseits innerhalb der Rücklaufleitung 7 geführt ist.
Das Wärmetransportsystem 1 weist Entnahmestellen 17 auf. Über diese kann das geheizte Brauchwasser entnommenen und genutzt werden.
In einem zweiten Betriebszustand ist wenigstens eine der Entnahme stellen 17 geöffnet. Es entweicht also Wasser aus dem Wärmetransportsystem 1, das über die Zuführleitung 11 unmittelbar wieder zugeführt wird. Für den Fall, dass der entnommenen Volumen Strom in größer ist als in der von der Zirkulationspumpe 3 erzeugte Volumenstrom, kann in der Rücklaufleitung 7 eine Stromumkehrung stattfinden. In diesem Betriebszustand dient also die Rücklaufleitung 7 ebenfalls als Vorlaufleitung beziehungsweise Speisleitung für die Entnahmestellen 17. Hierzu strömt das Wasser von dem Speicher 9 nicht nur in die Vorlaufleitung 5, sondern auch in die Rücklaufleitung 7 bis hin zu den Entnahmestellen 17.
Es ist zuerkennen, dass in jedem der Betriebszustände das Röhrensystem des Wärmetransportsystems 1 im Bereich zwischen den Mündung 13 und dem Speicher 9 vorgeheizt ist.
Weiter zeigt Fig. 1 Verzweigungen 19, 21, an denen die Leitungen 5, 7 verzweigt sind. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um T-förmige Verzweigungen 19, 21. Dabei fallen jeweils eine äußere Verzweigungen 19 der Rückleitung 7 mit einer inneren Verzweigungen 21 der Vorlaufleitung 5 zusammen. Die ihnen verlaufende Vorlauf Leitung 5 verzweigt sich also an denselben stellen wie die Rücklaufleitung 7, folgen also in deren Verlauf.
Die Vorlauf Leitung 5 kann flexible und/oder elastische Eigenschaften aufweisen, also Schlauchförmig gestaltet sein. Hierzu kann diese aus Gummi, Textil, Kunststoff, geschäumten Werkstoffen und/oder anderen geeigneten Materialien bestehen. Besonders vorteilhaft ist, dass eine solche Vorlaufleitung 5 in ein bestehendes, nicht vorgeheizt das Brauchwassersystem nachgerüstet werden kann. Hierzu kann zuerst eine Zugleitung, mit deren Hilfe die Vorlaufleitung 5 in eine bestehende Leitungen eingezogen wird, eingebracht werden. Die bestehende Leitung, die zuvor nur zum zuführen des Brauchwassers zu den Entnahmestellen 17 diente, wird so zu einer Rücklaufleitung, woduch das bestehende System der heizbar wird. Vorteilhaft ist auch, dass durch die flexiblen und elastischen Eigenschaften ein Druckausgleich zwischen den Leitungen 5, 7 stattfinden kann. Ferner ist es denkbar, für diesen Druckausgleich die Vorlauf Leitung 5, in dem Bereich innerhalb der Rücklaufleitung 7, leicht Fluid durchlässig zu gestalten. Dabei ist der Grad der Fluiddurchlässigkeit so zu wählen, dass noch genügend Fluid zur Mündung 13 gelangt, sodass die durch die Zirkulationspumpe 3 indizierte, gewünschte Zirkulationen zur Erwärmung des Wärmetransportsystems erhalten bleibt.
Fig. 2 zeigt ein Wärmetransportsystem 1' mit Rückschlagventilen 23, 25. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass insofern auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren verwiesen wird.
Abweichend von dem Wärmetransportsystem 1 ist zusätzlich eine Parallelleitung 27, die im Bereich der Zirkulationspumpe 3 parallel zu Vorlaufleitung 5 verläuft und in das Rückschlagventil 23 aufweist, vorgesehen. Das Rückschlagventil 25 befindet sich zwischen einer Mündung 29, an der die Parallelleitung 27 in die Rücklaufleitung 7 mündet, und in dem Speicher 9.
Im ersten Betriebszustand, bei dem das Fluid wie oben beschrieben durch die Zirkulationspumpe 3 zirkuliert, ist das Rückschlagventil 25 geöffnet, wird also in Ausrichtung der Figur von rechts nach links durch strömt. Das Rückschlagventil 23 ist durch den Druck, den die Zirkulationspumpe 3 in der Rücklaufleitung 7 aufbaut geschlossen.
Im zweiten Betriebszustand, bei dem die entnommenen Wassermenge größer ist als die Förderleistung der Zirkulationspumpe 3schließt sich das Rückschlagventil 25 auf Grund des Drucks, der durch das über die Zuführleitung 11 zugeführte Frischwasser im Speicher 9 aufgebaut wird. Über die Vorlauf Leitung 5 kann Wasser aus dem Speicher 9 zu einer Verzweigungen 31, an der Parallelleitung 27 in die Vorlauf Leitung 5 mündet gelangen. Von dort kann das Wasser in die parallel Leitungen 27 durch das sich öffnende Rückschlagventil 23 in die Rücklaufleitung 7 und über diese zu den Entnahme stellen 17 gelangen.
Dies kann dazu ausgenutzt werden, in dem Speicher 9 eine Schichtung zu erhalten. Dabei sammelt sich in das kalte Frischwasser in einem unteren Bereich 33 des Speichers 9 und in das bereits erwärmte Brauchwasser in einem oberen Bereich 35. So ist Gewähr leistet, dass das erwärmte Brauchwasser sowohl im ersten wie auch im zweiten Betriebszustand des Wärmetransportsystems 1' nur aus dem oberen Bereich 35 des Speichers 9 über die Vorlauf Leitung 5 entnommen wird.
Fig. 3 zeigt ein Wärmetransportsystem 1" mit einer in den liegenden Zirkulationspumpe 3. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass insofern auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren verwiesen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft in die Vorlauf Leitung 5 ganz innerhalb der Rücklaufleitung 7 und innerhalb des Speichers 9. Hierzu ist die Zirkulationspumpe 3 innerhalb des Speichers 9 vorgesehen. Dieses besonders vorteilhaft, weil in diesem Fall zwischen dem Speicher 9 und den Entnahme stellen 17 nur eine Leitung vorgesehen werden muss. Somit ist auch nur eine Leitung hingegen Wärmeverluste zu isolieren, was diese deutlich reduziert.
Fig. 4 zeigt ein Wärmetransportsystem 1''' mit Wärmetauscher mit 37. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass insofern auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren verwiesen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel münden die Leitungen 5, 7 gleichermaßen in den damit aus schon 37, in die so mit einem gekühlten oder geheizten Fluid versorgt werden können. Es können also über die Zirkulationspumpe 3 und die Vorlauf Leitung 5 sowie die Verzweigungen 21 alle Wärmetauscher 37 mit Fluid versorgt werden. Die Wärmetauscher 37 können dazu dienen, beispielsweise einen Raum zu erwärmen oder zu kühlen. Wir durch wird die Temperaturen des Fluids geändert, dass nach erfolgtem Wärmetausch in der Rücklaufleitung 7 über die Verzweigungen 19 wieder in dem Speicher 9 zurückfließt. Weil hier das zu strömende und das abströmende Fluid unterschiedliche Temperaturen haben kann die Vorlaufleitung 5 eine Wärmeisolation aufweisen. Das zu strömende Fluid wird also über die Wärmeisolation, das umgebende zurück strömende Fluid sowie die Rücklaufleitung 7 und gegebenenfalls deren Wärmeisolation von der Umwelt abgeschirmt. Ein solches Wärmetransportsystem 1''' kann also besonders gut gegen unerwünschte Wärmeverluste beziehungsweise Kälteverluste abgeschirmt werden, weil letztendlich nur eine Leitungen gegen die Umwelt isoliert werden muss.
Es ist denkbar, ein solches Wärmetransportsystem für beliebige Anwendungen, insbesondere Kühlschränke, Heizungen und Klimaanlagen von Gebäuden beziehungsweise Fahrzeugen, bei denen ein zirkulierendes Fluid zum Wärme Transport genutzt wird vorzusehen.
Ferner ist es möglich an Stelle des Speichers 9 eine beliebige Wärme oder Kältequelle, beispielsweise einen Durchlauferhitzer, vorzusehen.
Schließlich können auch die Vorlauf und die Rücklaufleitung unmittelbar benachbart zueinander angeordnet werden. Hierzu ist ein geteiltes Rohr denkbar, wobei jede der Leitungen einen halb kreisförmigen Querschnitt hat, sodass sich insgesamt eine kreisförmigen Doppelleitung ergibt. Die beiden Leitungen Grenzen also an der jeweiligen Kreishalbierenden aneinander. Eine solche Leitung hat relativ zur Querschnittfläche der beiden fluidführenden Leitungen die geringste Oberfläche zu Umwelt.

Claims

1. Wärmetransportsystem, insbesondere für eine Gebäudeheizung und/oder eine Brauchwasserzuführung, mit einem Röhrensystem zum Führen eines Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise ein erster Fluidstrom innerhalb eines, zumindest unmittelbar benachbart zu einem, zweiten Fluidstrom verläuft.

2. Wärmetransportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidströme gegenläufig führbar sind.

3. Wärmetransportsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitungen vorgesehen sind.

4. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zirkulationspumpe vorgesehen ist.

5. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung innerhalb der Rücklaufleitung verläuft.

6. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung innerhalb der Rücklaufleitung endet.

7. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung Verzweigungen aufweist.

8. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung und oder die Vorlaufleitung als Brauchwasserleitungen nutzbar sind.

9. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frischwasserzuführleitung vorgesehen ist.

10. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine in der Leitungen flexibel ist.

11. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Leitungen als Schlauch ausgebildet ist.

12. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluid Strom in der Zulaufleitungen und der zweite Fluid Strom in Rücklaufleitung führbar sind.

13. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Leitungen elastisch ist.

14. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung eine Wärmeisolation aufweist.

15. Wärmetransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung einen kleineren Durchmesser aufweist als die Rücklaufleitung.