DE102005051784B4

DE102005051784B4 - Method for transporting heat, signals or substances in a technical line and means for carrying out the method

Info

Publication number: DE102005051784B4
Application number: DE200510051784
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl.-Ing. Cucek
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-10-29
Also published as: DE102005051784A1

Abstract

Verfahren zum Transport von Wärme, elektrischen Signalen oder Stoffen in einer technischen Leitung (3), die von einem Fluid (1) durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fluid (1) synthetische Festkörperpartikel (2) zugegeben werden, die sich ab einer ausreichend hohen Fließgeschwindigkeit des Fluids (1) durch Axialmigration im Bereich der Strömungsachse konzentrieren, wobei die Festkörperpartikel (2) je nach Transportfunktion wärmeleitfähig und/oder elektrisch leitfähig und/oder aufnahmefähig für zu transportierende Stoffe sind, die Fließgeschwindigkeit des Fluids (1) zumindest zeitweise so hoch gewählt wird, dass die Axialmigration stattfindet und der Transport von Wärme, elektrischen Signalen oder Stoffen entlang dieser Achse durch die Axialmigration der Festkörperpartikel (2) verbessert wird.method for the transport of heat, electric Signals or substances in a technical line (3) issued by flows through a fluid (1) is, characterized in that the fluid (1) synthetic solid particles (2) are added, starting from a sufficiently high flow rate of the fluid (1) by axial migration in the region of the flow axis concentrate, wherein the solid particles (2) thermally conductive and / or depending on the transport function electrically conductive and / or receptive for too transporting substances are, the flow rate of the fluid (1) at least temporarily chosen so high that the axial migration takes place and the transport of heat, electrical signals or substances along this axis due to the axial migration of the solid particles (2) is improved.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport von Wärme, Signalen oder Stoffen in einer technischen Leitung, die von einem Fluid durchströmt wird, sowie Festkörperpartikel hierfür.The The present invention relates to a method for transporting heat, signals or substances in a technical line through which a fluid flows, as well as solid particles therefor.

Leitungssysteme dienen vor allem dem Transport von fluiden Medien zwischen unterschiedlichen Orten. Neben dieser Transportfunktion wird das in einem Leitungssystem strömende Fluid auch in vielen Fällen für den Energietransport, insbesondere den Transport von Wärme, eingesetzt. Der Wärmetransport spielt bei Prozessen eine große Rolle, denen Wärme zugeführt oder von denen Wärme abgeführt werden muss. Hierzu werden Wärmetauscher in den verschiedensten Ausführungen eingesetzt. Die funktionellen Elemente von Wärmetauschern sind in der Regel homogene Fluide, die die Wärme an einer Wärmetauschfläche aufnehmen, das Wärmetauschersystem durchströmen und die Wärme an einer anderen Wärmetauschfläche wieder abgeben oder in einem Reservoir speichern. Die Fluide übernehmen dabei die Funktion eines Wärmespeichers für den Transport der Wärme. Bei den meisten Wärmetauschprozessen wird Wasser aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität als Wärmespeicher eingesetzt. Der geringe Wärmeleitkoeffizient von Wasser ist allerdings nachteilig für den Wärmetransport. Ein optimaler Wärmetauscher wird mit einem Fluid durchspült, das sowohl eine hohe Wärmekapazität als auch einen hohen Wärmeleitkoeffizient aufweist, da mit einem derartigen Medium hohe Wärmeströme realisiert werden können.line systems above all serve the transport of fluid media between different Places. In addition to this transport function, this is in a pipeline system flowing Fluid also in many cases for the Energy transport, in particular the transport of heat used. The heat transport plays a big role in processes Role that heat supplied or by which heat dissipated must become. These are heat exchangers in different versions used. The functional elements of heat exchangers are usually homogeneous fluids that heat absorb on a heat exchange surface, the heat exchanger system flow through and the heat at another heat exchange surface again or store in a reservoir. The fluids take over the function a heat storage for the Transport of heat. For most heat exchange processes Due to its high specific heat capacity, water is used as heat storage. Of the low thermal conductivity coefficient of water, however, is detrimental to the heat transfer. An optimal one heat exchangers is flushed with a fluid, that both a high heat capacity as well a high thermal conductivity coefficient has, since with such a medium high heat fluxes can be realized.

Beim Wärmetransport innerhalb eines Leitungssystems, bei dem die den Wärmespeicher bildende Flüssigkeit von einem Ort A zu einem Ort B transportiert wird, sollte möglichst kein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der die Leitung umschließenden Umgebung stattfinden. Das Leitungssystem muss daher in der Regel kostenaufwendig isoliert werden, um einen Verlust oder Eintrag von Energie in Form von Wärme zu verhindern. Auf der anderen Seite muss in dem Prozessbereich, in dem ein Austausch der Wärme erwünscht ist, eine möglichst große Austauschfläche zur Verfügung gestellt werden, um den Wärmeaustausch effizient und schnell zu gestalten. In einem Wärmetauschersystem wird dies durch Variierung der Leitungsdurchmesser erreicht, die mit einer Veränderung der Wärmeaustauschfläche verbunden ist und in den verschiedenen Leitungsabschnitten zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Wärmespeicherfluids führt.At the heat transport within a piping system where the heat storage forming liquid should be transported from a place A to a place B, if possible no heat exchange between the liquid and the wire enclosing Environment take place. The piping system must therefore usually costly isolated to a loss or entry of energy in the form of heat to prevent. On the other hand, in the process area, in which an exchange of heat he wishes is one as possible size exchange area to disposal be put to the heat exchange efficient and fast. In a heat exchanger system this will achieved by varying the pipe diameter, with a change the heat exchange surface connected is different and in the different line sections Speeds of heat storage fluid leads.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem der Transport von Wärme, Signalen oder Stoffen in einer technischen Leitung verbessert werden kann.The The object of the present invention is a method specify with which the transport of heat, signals or substances can be improved in a technical management.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch 8 gibt Festkörperpartikel an, die als Mittel für die Durchführung des Verfahrens geeignet sind. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der dabei eingesetzten Festkörperpartikel sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung entnehmen.The Task is solved by the method according to claim 1. claim 8 gives solid particles as a means for the implementation of the Method are suitable. Preferred embodiments of the method as well as the solid particles used are subject matter the dependent claims or can be taken from the following description.

Bei dem vorliegenden Verfahren zum Transport von Wärme, Signalen oder Stoffen in einer technischen Leitung, die von einem Fluid durchströmt wird, werden dem Fluid Festkörperpartikel zugegeben, die sich ab einer ausreichend hohen Fließgeschwindigkeit des Fluids durch Axialmigration im Bereich der Strömungsachse des Fluids konzentrieren. Unter der Strömungsachse ist hierbei die zentrale Achse der Fluidströmung zu verstehen, die in der Regel der Mittenachse der jeweiligen Leitung entspricht. Die Festkörperpartikel werden dabei in Abhängigkeit von dem eingesetzten Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, und dem Innendurchmesser der Leitung so gewählt, dass der Effekt der Axialmigration bei einer ausreichend hohen Fließgeschwindigkeit des Fluids bei diesen Festkörperpartikeln in der technischen Leitung auftritt. Der Begriff der technischen Leitung soll hierbei alle Leitungssysteme umfassen, die nicht biologischer Natur sind.at the present method for transporting heat, signals or substances in a technical line through which a fluid flows become the fluid solid particles added, starting from a sufficiently high flow rate of the fluid by axial migration in the region of the flow axis concentrate the fluid. Under the flow axis here is the central axis of the fluid flow to understand, which is usually the center axis of the respective line equivalent. The solid particles be dependent on the fluid used, in particular a liquid, and the inner diameter the line chosen so that the effect of axial migration at a sufficiently high flow rate of the fluid in these solid particles occurs in technical management. The concept of technical management should include all piping systems that are not biological Nature are.

Die Festkörperpartikel sind je nach Transportfunktion wärmeleitfähig und/oder elektrisch leitfähig und/oder aufnahmefähig für zu transportierende Stoffe ausgebildet. Bei der Durchführung des Verfahrens wird die Fließgeschwindigkeit des Fluids dann zumindest zeitweise in zumindest einem Abschnitt der technischen Leitung so gewählt, dass Axialmigration stattfindet. In diesem Fall sammeln sich somit alle Festkörperpartikel im Bereich der zentralen Strömungsachse, bilden dort eine Art Partikelsäule und ermöglichen dadurch den verbesserten Transport von Wärme, Signalen oder Stoffen entlang dieser Achse.The Solid particles Depending on the transport function thermally conductive and / or electrically conductive and / or receptive for too formed transporting substances. In carrying out the Method is the flow rate the fluid then at least temporarily in at least a portion of the technical line chosen so that axial migration takes place. In this case, everyone collects Solid particles in the area of the central flow axis, form a kind of particle column there and allow thus the improved transport of heat, signals or substances along this axis.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird ein aus der Biologie bekanntes Phänomen, der sog. Fahraeus-Lindqvist-Effekt, genutzt. Bei diesem Effekt verringert sich die scheinbare Viskosität des Blutes (tatsächliche Viskosität des Blutes/Viskosität des Blutplasmas) in Gefäßen mit einem Durchmesser von <300 μm aufgrund der Axialmigration der Erythrozyten. Diese werden von der Randzone des durchströmten Gefäßes, in der hohe Geschwindigkeitsgradienten und Schubspannungen auftreten, durch Rotationsbewegungen zur Gefäßachse hin verschoben, in deren Bereich die Scherung weit geringer ist. Hierdurch kommt es zur Ausbildung einer relativ zellarmen Randzone, die als niederviskose Gleitschicht der Fortbewegung der zentralen Zellsäule dient. Dieser Effekt führt mit weiter abnehmendem Durchmesser zu einer deutlichen Herabsetzung der scheinbaren Viskosität, bis diese bei Gefäßdurchmessern von 5 bis 10 μm nur noch 10 bis 15% größer als die des Blutplasmas ist. Erst bei Gefäßdurchmessern unter 4 μm ist ein Ende der Erythrozytenverformbarkeit erreicht, so dass die scheinbare Viskosität wieder steil ansteigt.The present method utilizes a phenomenon known from biology, the so-called Fahraeus-Lindqvist effect. With this effect, the apparent viscosity of the blood (actual viscosity of the blood / viscosity of the blood plasma) is reduced in vessels with a diameter of <300 μm due to the axial migration of the erythrocytes. These are displaced from the edge zone of the vessel through which high velocity gradients and shear stresses occur by rotational movements towards the vessel axis, in the region of which the shear is much lower. Here through it leads to the formation of a relatively low-cell edge zone, which serves as a low-viscosity sliding layer of locomotion of the central cell column. This effect leads with a further decreasing diameter to a significant reduction of the apparent viscosity, until it is at vessel diameters of 5 to 10 microns only 10 to 15% greater than that of the blood plasma. Only with vessel diameters of less than 4 .mu.m is an end of the Erythrozytenverformbarkeit achieved, so that the apparent viscosity rises sharply again.

In WO 2004/078029 A2 wird eine Vorrichtung beschrieben, die ein Blutgefäßsystem künstlich nachbildet, insbesondere die kapillaren Netze und deren physiologische Funktion. Diese Vorrichtung wird zur diagnostischen Beurteilung von Blut und zum grundlegenden Studium des Blutflusses in einem mikrovaskulären Netzwerk verwendet. Untersucht werden Zellen in flüssigen Proben, vorzugsweise Blutzellen (bspw. rote oder weiße Blutkörperchen, Thrombozyten, auch krankhaft veränderte Zellen), aber auch Mikroorganismen oder Kombinationen, und deren Fluss durch das mikrovaskuläre Netzwerk. Beim Durchfluss des Blutes durch ein kapillares System treten spezifische nichtlineare Fließeigenschaften des Blutes auf, bspw. der Fahraeus-Lindqvist-Effekt.In WO 2004/078029 A2 describes a device which has a blood vessel system artificially replicating, in particular the capillary networks and their physiological function. This device is used for the diagnostic assessment of blood and basic study of blood flow in a microvascular network used. Cells in liquid samples, preferably Blood cells (eg red or white Blood cells, platelets, also changed morbidly Cells), but also microorganisms or combinations, and their Flow through the microvascular Network. Flow of blood through a capillary system specific nonlinear flow characteristics of the blood occur For example, the Fahraeus Lindqvist effect.

In der WO 95/27208 wird eine Vorrichtung zur Bestimmung von ein oder mehreren gelösten Spezies in einer Suspension oder Emulsion beschrieben am Beispiel von Blut. Die Proben können ohne vorherige Separation der suspendierten oder emulgierten Bestandteile unter Ausnutzung des Fahraeus-Lindqvist-Effekts untersucht werden. Dabei fließt die Probe durch einen Kanal, mit einer Wand, die eine Messoberfläche hat. Durch den Fahraeus-Lindqvist-Effekt sammeln sich die nicht gelösten Bestandteile entlang der Achse des Strömungskanals. Die zu untersuchende Lösung an der Wand des Strömungskanals ist frei von störenden ungelösten Stoffen. Durch Wahl der Fließgeschwindigkeit wird sichergestellt, dass die Dicke der flüssigen Schicht ausreichend groß für unverfälschte Messergebnisse ist.In WO 95/27208 discloses a device for determining on or several dissolved species in a suspension or emulsion described using the example of blood. The samples can be without previous separation of the suspended or emulsified components using the Fahraeus-Lindqvist effect. It flows the sample through a channel, with a wall that has a measuring surface. Through the Fahraeus Lindqvist effect, the undissolved components accumulate along the axis of the flow channel. The solution to be investigated on the wall of the flow channel is free from disturbing unresolved Substances. By choosing the flow rate is Ensure that the thickness of the liquid layer is sufficient great for unadulterated measurement results is.

Beim vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren wird der Fahraeus-Lindqvist-Effekt technisch genutzt, indem geeignete Festkörperpartikel in das strömende Fluid eingebracht werden, die ähnliche physikalische und geometrische Eigenschaften aufweisen wie Erythrozyten oder in ihren Eigenschaften im selben Verhältnis zum strömenden Fluid stehen wie die Eigenschaften der Erythrozyten zum Blutplasma. Vorzugsweise werden als Festkörperpartikel daher elastisch verformbare Partikel zugegeben, die zumindest annähernd die Form einer bikonkaven Scheibe aufweisen.At the present inventive method the Fahraeus Lindqvist effect is used technically by appropriate Solid particles into the streaming Fluid are introduced, the similar physical and have geometric properties such as erythrocytes or in their properties in the same ratio to the flowing fluid like the properties of the erythrocytes stand to the blood plasma. Preferably are therefore called solid particles elastically deformable particles added which at least approximately Have the shape of a biconcave disk.

Für bestimmte Anwendungen kann auch das Leitungssystem bereits so gewählt werden, dass die Leitungsinnendurchmesser im Bereich zwischen 4 und 300 μm liegen, wobei als Festkörperpartikel dann vorzugsweise Partikel eingesetzt werden, die zumindest annähernd die elastischen Eigenschaften und Dimensionen von Erythrozyten aufweisen. Erythrozyten haben einen mittleren Durchmesser von ca. 7,5 μm (Price-Jones-Kurve: 6–9 μm). Ihre Dicke am Rand beträgt ca. 2 μm, die Dicke im Zentrum ca. 0,7 μm und das spezifische Gewicht 1,096. Das Verhältnis von Durchmesser : Dicke am Rand : Dicke im Zentrum beträgt daher 10,71 : 2,86 1. Unter Schub- oder Zugspannung verformen sich Erythrozyten aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften. Bei diesen elastischen Eigenschaften handelt es sich bei Erythrozyten um eine Biegeelastizität von ca. 10^–19 Nm, eine Flächenelastizität von 45 mN/m und eine Scherelastizität von 6–9·10³ mN/m.For certain applications, the line system can already be chosen so that the line internal diameter in the range between 4 and 300 .mu.m, as particles are then preferably used as solid particles that have at least approximately the elastic properties and dimensions of erythrocytes. Erythrocytes have an average diameter of approximately 7.5 μm (Price Jones curve: 6-9 μm). Its thickness at the edge is approx. 2 μm, the thickness in the center approx. 0.7 μm and the specific gravity 1.096. The ratio of diameter: thickness at the edge: thickness in the center is therefore 10.71: 2.86 1. Under shear or tensile stress erythrocytes deform due to their elastic properties. These elastic properties are erythrocytes with a bending elasticity of about 10 ^-19 Nm, a surface elasticity of 45 mN / m and a shear elasticity of 6-9 · 10 ³ mN / m.

Bei der Nutzung von technischen Leitungen mit einem Durchmesser >300 μm werden als Festkörperpartikel vorzugsweise elastisch verformbare Partikel mit Dimensionen zugegeben, die gegenüber Erythrozyten hochskaliert sind, um in gleicher Weise eine Axialmigration ab einer bestimmten Fließgeschwindigkeit zu erreichen. Diese Hochskalierung erfolgt vorzugsweise unter Beachtung der Reynoldszahl.at the use of technical cables with a diameter> 300 μm as solid particles preferably elastically deformable particles with dimensions added, the opposite erythrocytes are scaled up in the same way an axial migration from one certain flow rate too to reach. This scaling up is preferably under consideration the Reynolds number.

Die Festkörperpartikel werden als Zusatzstoff zu dem Fluid in der Leitung zugegeben. Neben der Eignung zur Axialmigration werden die weiteren Eigenschaften der Partikel in Abhängigkeit von der jeweiligen Transportaufgabe gewählt. So werden für den Wärmetransport Festkörperpartikel eingesetzt, die eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dies ermöglicht den Einsatz von Fluiden wie bspw. Wasser, die zwar eine hohe Wärmekapazität, jedoch keine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Wärme wird dabei in erster Linie über die zugegebenen Festkörperpartikel übertragen, indem die Fließgeschwindigkeit in den entsprechenden Übertragungsbereichen so hoch gewählt wird, dass sich diese Festkörperpartikel auf der Strömungsachse sammeln und auf dieser Achse den Hauptteil des Wärmetransportes übernehmen.The Solid particles are added as an additive to the fluid in the line. In addition to the Suitability for axial migration will be the further characteristics of the Particles depending chosen from the respective transport task. So be for the heat transport Solid particles used as much as possible high thermal conductivity exhibit. this makes possible the use of fluids such as water, although a high heat capacity, however no high thermal conductivity exhibit. The heat is doing in the first place over transfer the added solid particles, by the flow rate in the corresponding transmission areas chosen so high that will be these solid particles on the flow axis collect and take on this axis the main part of the heat transport.

Durch die Zugabe der Festkörperpartikel zu einem Wärmespeicher erhöht sich damit dessen Wärmeleitkoeffizient. Der nachteilige Effekt eines hohen Wärmeleitkoeffizienten, die hohen Isolierkosten für Leitungsbereiche, in denen kein Wärmeaustausch stattfinden soll, wird in vorteilhafter Weise durch die Axialmigration kompensiert. Da sich die zur hohen Wärmeleitfähigkeit in erster Linie beitragenden Festkörperpartikel hierbei ab einer bestimmten Fließgeschwindigkeit bzw. einem bestimmten Schergradienten auf der zentralen Strömungsachse sammeln und dort zu einer zentralen Partikelsäule anordnen, kann das weniger wärmeleitfähige umgebende Fluid zur Isolierung beitragen. In diesem Zustand ist somit hauptsächlich der fluide Wärmespeicher (das reine Fluid) am äußeren Rand der Leitung, also an der effektiven Wärmeaustauschfläche, lokalisiert. Aus diesem Grund nähert sich der Wärmeleitkoeffizient dieser inhomogenen Lösung hier dem niedrigeren Wärmeleitkoeffizient des reinen Fluids an, das in diesem Fall vorzugsweise keine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch ist eine weniger aufwendige Isolation der Leitung erforderlich. Zusätzlich wird durch die Axialmigration der Festkörperpartikel die Viskosität der inhomogenen Lösung herabgesetzt, da das Fluid am äußeren Rand der Leitung als Gleitschicht dient. Dadurch sind für eine Aufrechterhaltung hoher Fluidgeschwindigkeiten kleinere Drücke erforderlich, wodurch wiederum eine Kostenreduktion des Prozesses erreicht wird.By adding the solid particles to a heat storage thus increases its thermal conductivity. The disadvantageous effect of a high coefficient of thermal conductivity, the high insulation costs for line areas, in which no heat exchange is to take place, is compensated in an advantageous manner by the axial migration. Since the high-thermal conductivity primarily contributing solid particles in this case collect from a certain flow rate or a certain shear gradient on the central flow axis and there anord to a central particle column NEN, the less thermally conductive surrounding fluid may contribute to insulation. In this state, therefore, mainly the fluid heat storage (the pure fluid) at the outer edge of the conduit, ie at the effective heat exchange surface, located. For this reason, the Wärmeleitkoeffizient this inhomogeneous solution approaches the lower coefficient of thermal conductivity of the pure fluid, which in this case preferably does not have high thermal conductivity. As a result, a less expensive insulation of the line is required. In addition, the viscosity of the inhomogeneous solution is reduced by the axial migration of the solid particles, since the fluid serves as a sliding layer at the outer edge of the conduit. As a result, smaller pressures are required for maintaining high fluid velocities, which in turn reduces the cost of the process.

Besonders vorteilhaft lässt sich das vorliegende Verfahren bei geeigneter Dimension eines Wärmetauschers einsetzen, bei dem im Bereich der für den Wärmetausch genutzten Flächen aufgrund eines größer gewählten Fließquerschnitts niedrigere Fließgeschwindigkeiten vorhanden sind, bei denen keine Axialmigration auftritt. Im Bereich zwischen diesen Wärmetauschflächen, der für den Wärmetransport genutzt wird, wird ein kleinerer Leitungsquerschnitt gewählt, um dort eine höhere Fließgeschwindigkeit und somit Axialmigration zu erreichen.Especially advantageous the present method with a suitable dimension of a heat exchanger use, in which in the area used for the heat exchange surfaces due to a larger selected flow cross-section lower flow rates are present where no axial migration occurs. In the area between these heat exchange surfaces, the for the heat transport is used, a smaller line cross-section is selected to there a higher one flow rate and thus achieve axial migration.

Neben dem Transport von Wärme lässt sich das vorliegende Verfahren auch für die Übertragung von Signalen bzw. Information einsetzen. Hierzu werden elektrisch leitfähige Festkörperpartikel zugegeben, die ebenfalls bei ausreichend hoher Fließgeschwindigkeit eine zentrale Säule auf der Strömungsachse bilden, über die ein Stromfluss ermöglicht wird. Hierzu müssen an unterschiedlichen Stellen der Leitung Elektroden im Fluid vorhanden sein, die bis an die Strömungsachse reichen. Über diese Elektroden wird der zentralen Säule aus Festkörperpartikeln dann ein elektrischer Stromfluss eingeprägt, der für die gewünschte Signal- oder Informationsübertragung geeignet moduliert wird. Durch Erniedrigung der Fließgeschwindigkeit kann dieser Stromfluss auch wieder unterbrochen werden. Grundsätzlich ist hierbei der Widerstand dieses flüssigen Leiters durch Variieren der Fließgeschwindigkeit des Fluids regelbar. Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren in Verbindung mit einer elektrisch schlecht oder nicht leitenden Flüssigkeit einsetzen, die dann einen Isolator nach außen bildet. Auf eine zusätzliche elektrische Isolation des flüssigen Leiters kann dann verzichtet werden.Next the transport of heat that can be present method also for the transmission of Use signals or information. For this purpose, electrically conductive solid particles added, which also at a sufficiently high flow rate a central pillar on the flow axis make, over which allows a current flow becomes. To do this At different points of the line electrodes are present in the fluid be up to the flow axis pass. about These electrodes then become the central column of solid particles imprinted an electric current flow, for the desired signal or information transmission is suitably modulated. By lowering the flow rate This current flow can also be interrupted again. Basically, this is the resistance of this liquid Ladder by varying the flow rate of the fluid adjustable. Particularly advantageous is the method in combination with an electrically poor or non-conductive liquid insert, which then forms an insulator to the outside. On an additional electrical insulation of the liquid Ladder can then be waived.

Für den Transport von Stoffen über das Leitungssystem werden Festkörperpartikel eingesetzt, die die zu transportierenden Stoffe aufnehmen oder binden. In gleicher Weise sind die Erythrozyten für die Bindung von Sauerstoff ausgebildet, den sie in den Blutgefäßen durch den Körper transportieren. Hierzu weisen die Erythrozyten eine hohe Konzentration an Hämoglobin auf, das den Sauerstoff bindet. Dieses Prinzip kann auf das vorliegende Verfahren angewendet werden, indem durch Einbringung von speziellen Verbindungen in die synthetischen Festkörperpartikel der Transport bestimmter Stoffe über das Leitungssystem ermöglicht wird. Durch Zugabe dieser Feststoffpartikel zum Fluid kann damit ein effektiver Stofftransport der gewünschten Stoffe erreicht werden. Auch hier wird durch Axialmigration ein schnellerer und somit verbesserter Stofftransport erreicht.For the transport of substances over the piping system becomes solid particles used, which absorb or bind the substances to be transported. In the same way, the erythrocytes are for the binding of oxygen they are transported through the body in the blood vessels. For this The erythrocytes have a high concentration of hemoglobin that binds the oxygen. This principle can be applied to the present Procedures are applied by adding special Compounds in the synthetic solid particles of transport certain substances over the Line system is enabled. By adding these solid particles to the fluid can thus be an effective Mass transfer of the desired Substances are achieved. Again, through axial migration achieved faster and thus improved mass transfer.

Die für das Verfahren geeigneten Festkörperpartikel bestehen vorzugsweise aus einem Grundkörper aus einer metallischen Legierung oder einem Kunststoff. Die erhöhte Wärmeleitfähigkeit kann auch durch Beschichtung des Grundkörpers mit einem entsprechenden Material erreicht werden. Wärmespeicherkapazität und Wärmeübergangskoeffizient können hierbei durch die Wahl des Beschichtungsmaterials sowie Dauer der Beschichtung, bspw. in einem galvanischen Bad, modifiziert werden. In gleicher Weise lassen sich Kunststoffpartikel mit einer entsprechenden leitfähigen Beschichtung überziehen, um die gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.The for the Process suitable solid particles preferably consist of a basic body of a metallic Alloy or a plastic. The increased thermal conductivity can also be achieved by coating of the basic body be achieved with a corresponding material. Heat storage capacity and heat transfer coefficient can Hereby by the choice of the coating material as well as duration of the Coating, for example. In a galvanic bath, be modified. In the same way can be plastic particles with a corresponding conductive Coat the coating, to the desired electrical conductivity too receive.

Zur Herstellung der Festkörperpartikel kommen unterschiedliche Herstellungsverfahren in Betracht, die je nach Größe der herzustellenden Partikel ausgewählt werden. Für die Herstellung sehr kleiner Partikelgrößen können Herstellungsverfahren herangezogen werden, wie sie auch bei der Herstellung von Nanopartikeln verwendet werden. Beispiele für derartige Herstellungsverfahren sind die Herstellung von Nanopartikeln unter Verwendung poröser Membranen, die Inertgaskondensation oder Mikrowellenplasmaverfahren.to Production of solid particles Different production methods can be considered according to size of the produced Particles selected become. For the production of very small particle sizes can be used in manufacturing processes used in the production of nanoparticles be used. Examples of such Manufacturing processes include the production of nanoparticles under Use porous Membranes, the inert gas condensation or microwave plasma process.

Ausführungsbeispielembodiment

Der beim vorliegenden Verfahren genutzte Effekt wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der schematischen Figur nochmals kurz erläutert. Die Figur zeigt hierbei zwei Zustände in einem Rohr 3, in dem ein Fluid mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten v₁ bzw. v₂ strömt. Das Fluid ist in diesem Beispiel durch die Lösungspartikel 1 angedeutet. Zu diesem Fluid werden Festkörperpartikel 2 mit speziellen Eigenschaften zugegeben. Diese Festkörperpartikel 2 haben die geometrische Form einer bikonkaven Scheibe und sind elastisch verformbar. Ihre Eigenschaften sind ähnlich denen von Erythrozyten, so dass bei ihnen ab einer gewissen Fließgeschwindigkeit des Fluids der Effekt der Axialmigration auftritt.The effect used in the present method will be briefly explained again below with reference to an embodiment in conjunction with the schematic figure. The figure shows two states in a tube 3 in which a fluid flows at different speeds v ₁ and v ₂ , respectively. The fluid in this example is the solution particles 1 indicated. To this fluid are solid particles 2 added with special properties. These solid particles 2 have the geometric shape of a biconcave disc and are elastically deformable. Their properties are similar to those of erythrocytes, so that at a certain flow rate of the fluid from them the effect of axial migration occurs.

In der oberen Teilabbildung ist die Fließgeschwindigkeit v₁ des Fluids hierzu noch zu gering, so dass die Festkörperpartikel 2 annähernd homogen in dem Fluid verteilt sind. Wird die Fließgeschwindigkeit erhöht, so führt die Erhöhung des Geschwindigkeitsgradienten über dem Rohrdurchmesser zur Axialmigration der den Erythrozyten ähnlichen Festkörperpartikel 2. Dies ist in der unteren Teilabbildung angedeutet, bei der die Fließgeschwindigkeit von v₁ auf v₂ erhöht wurde. Die Festkörperpartikel 2 sammeln sich hierbei auf der Strömungsachse und bilden eine zusammenhängende Partikelsäule. Eine Variation der Fließgeschwindigkeit führt zu einer variierenden Intensität dieser zentralen Partikelsäule. Je höher die Fließgeschwindigkeit gewählt wird, desto mehr dieser im vorliegenden Beispiel elektrisch leitfähigen Partikel 2 befinden sich in der Mitte. Dadurch kann der Widerstand eines elektrischen Stromflusses geregelt werden, der über diese zentrale Partikelsäule mittels nicht dargestellter Elektroden erzeugt wird.In the upper part of the figure, the flow velocity v _{1 of} the fluid is still too low, so that the solid particles 2 are distributed approximately homogeneously in the fluid. If the flow rate is increased, increasing the velocity gradient above the tube diameter results in axial migration of the solid particles similar to the erythrocyte 2 , This is indicated in the lower part of the figure, in which the flow velocity was increased from v ₁ to v ₂ . The solid particles 2 collect on the flow axis and form a coherent particle column. A variation of the flow rate leads to a varying intensity of this central particle column. The higher the flow rate is chosen, the more of these electrically conductive particles in the present example 2 are in the middle. Thereby, the resistance of an electric current flow can be controlled, which is generated via this central particle column by means not shown electrodes.

Bei Wahl eines Fluids mit geringer Wärmeleitfähigkeit sowie von Festkörperpartikeln mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann damit auch ein verbesserter Wärmetransport über die Leitung bzw. das Rohr erreicht werden, wobei auf eine umfangreiche Isolation des Rohres verzichtet werden kann. Das Verfahren ermöglicht somit einen verlustarmen Wärmetransport in fluidischen Rohrströmungen. Durch die gleichzeitig bewirkte Verringerung der Lösungsviskosität können zudem Kosten gespart werden, da für die Aufrechterhaltung der hohen Fließgeschwindigkeiten kleinere Drücke erforderlich sind als bei gleichem Fluid ohne zugegebene Festkörperpartikel.at Choice of a fluid with low thermal conductivity as well as solid particles with high thermal conductivity can thus also an improved heat transfer over the Line or pipe can be achieved, with an extensive Isolation of the tube can be dispensed with. The method thus allows a low-loss heat transfer in fluidic pipe flows. In addition, by simultaneously reducing the solution viscosity Costs are saved as for the maintenance of high flow rates required smaller pressures are as with the same fluid without added solid particles.

11: Lösungspartikel des Fluidssolution particles of the fluid
22: FestkörperpartikelSolid particles
33: Rohrpipe

Claims

Method for transporting heat, electrical signals or substances in a technical line ( 3 ), that of a fluid ( 1 ), characterized in that the fluid ( 1 ) synthetic solid particles ( 2 ) are added, which from a sufficiently high flow rate of the fluid ( 1 ) by axial migration in the area of the flow axis, whereby the solid particles ( 2 ) are thermally conductive and / or electrically conductive and / or receptive for substances to be transported, depending on the transport function, the flow rate of the fluid ( 1 ) is selected at least temporarily so high that the axial migration takes place and the transport of heat, electrical signals or substances along this axis by the axial migration of the solid particles ( 2 ) is improved.

Process according to claim 1, characterized in that as solid particles ( 2 ) elastically deformable particles are added which have at least approximately the shape of a biconcave disk.

Method according to claim 2, characterized in that a line ( 3 ) is used with an inner diameter between 4 and 300 microns.

A method according to claim 3, characterized in that as solid particles ( 2 ) elastically deformable particles are added which have at least approximately the elastic properties and dimensions of erythrocytes.

Method according to claim 2, characterized in that a line ( 3 ) is used with a diameter> 300 microns and as solid particles ( 2 ) elastically deformable particles having dimensions scaled up to red blood cells to permit axial migration.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for a signal transmission, an electrically poor or non-conductive fluid ( 1 ), which is used as solid particles ( 2 ) electrically conductive particles are added, wherein the signal transmission by a modulated with the signals current flow between at least two at different points of the line ( 3 ) to the flow axis into the fluid ( 1 ) introduced electrodes takes place.

Method according to one of claims 1 to 5 for heat transfer in a heat exchanger system in which as solid particles ( 2 ) thermally conductive particles are added and the flow rate is chosen so that in a section of the line between heat exchange surfaces of the heat exchanger system a flow rate sufficiently high for axial migration and in the region of the heat exchange surfaces, a sufficiently low flow rate is achieved at which no axial migration occurs.

Synthetic solid particles for carrying out the Method according to one of the claims 1 to 7, which consist of an elastically deformable material and have the shape of a biconcave disc.

Solid particles according to claim 8, characterized in that the solid particles made of a metallic alloy or plastic.

Solid particles according to claim 9, characterized in that the solid particles with egg are coated nem electrically conductive or thermally conductive material.

Solid particles according to one of claims 8 to 10, characterized in that the solid particles at least approximately the have elastic properties and dimensions of erythrocytes.