DE102005052318A1

DE102005052318A1 - Wärmetauscher in Schichtenspeichern

Info

Publication number: DE102005052318A1
Application number: DE102005052318A
Authority: DE
Inventors: Juergen Kohlhaas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-11-03
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2007-05-10

Abstract

Wärmetauschereinrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Medium, das innerhalb eines Röhrensystems zirkuliert, auf eine zweites Medium, dass das Röhrensystem umgibt, in welchen Röhrensystem spiralförmig gewundene Röhren in einem Zylinder eingeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1., den verbesserten Auftrieb des Mediums (Kamineffekt) bei einem im Schichtenspeicher senkrecht eingebauten, vom Medium umspülten, zylindrischem Wärmetauscher, als auch im unteren Speicher eingebaute, im Volumen integrierte, innen liegende Wärmetauscherschlangen.
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere Solarwärmetauscher in Schichtenspeichern, in denen die Wärme aus einem Medium in einem Kreislaufsystem an ein Medium eines anderen Systems übertragen werden soll. Ein Beispiel zum Einsatz derartiger Systeme ist der zwischen einem Solarkollektorkreislauf und einem Akkumulatortank.

Es ist bekannt, Solarwärmetauscher in Schichtenspeichern im unteren Bereich senkrecht eingebaut sind, wie in DE 694 26 016 T2 (1, 2a–6a), sowie DE 44 43 715 C2 , sowie DE 100 54 628 B4 , sowie DE 200 19 169 U1 , sowie DE 44 11 352 C1 , beschrieben. Weiterhin ist bekannt, dass so genannte Solarwärmetauscher als Rohrbündel im äußeren, unteren Bereich des Wärmespeichers eingebaut sind.

Der Nachteil dieses von einem äußeren Medium umgebenen Solarwärmetauschers ist eine unmittelbare Abkühlung des in der zylindrischen Röhre aufsteigenden Mediums, durch die vom äußeren Medium gekühlte Rohrwandung des Solarwärmetauschers. Hierdurch wird das Erhitzen des inneren, aufsteigenden Mediums erschwert und der entstehende Kamineffekt (Auftrieb) nicht in vollem Maße genutzt. Durch den geringeren Auftrieb wird dem im Solarwärmetauscher über den Vorlauf eingeleiteten Mediums gegenüber dem Rücklauf nicht die höchst mögliche Wärme entzogen.

Bei Wärmespeichern mit einem als Rohrbündel integrierten Solarwärmetauscher, wird ebenso das Rohrbündel des Solarwärmetauschers durch das umgebene Medium direkt abgekühlt und der Auftrieb verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die bekannten Konstruktionen zu verbessern:
Es ist zu verhindern, dass die Rohrwandung des zylindrischen Wärmetauschers im Bereich des Solarwärmetauschers durch das umgebende äußere Medium abgekühlt wird.

Bei dem im Wärmespeicher als Solarwärmetauscher liegenden Rohrbündel ist zu verhindern, dass das Rohrbündel vom umgebenen Medium sofort abgekühlt wird, ohne dabei eine verstärkten Auftrieb zu erreichen.

Durch eine thermische Trennung des zylindrischen Solarwärmetauschers zum äußeren, umspülenden Mediums wird eine höhere Temperatur des in der zylindrischen Röhre aufsteigenden Mediums erreicht. Hierdurch wird eine höhere Temperatur verbunden mit einem stärkeren Auftrieb (Kamineffekt) des in dem senkrecht eingebauten, zylindrischen Solarwärmetauscher aufsteigenden Mediums in einem Schichtenspeicher erreicht. Durch diesen stärkeren Auftrieb wird eine deutlich höhere Abkühlung des über das Rohrsystem des Wärmetauschers eingeleiteten Mediums erreicht und die Rücklauftemperatur des Mediums deutlich verringert. Dies führt zu einer höheren Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur des Mediums. Hierdurch wird die Energieausbeutung des über den Vor- und Rücklauf des Wärmetauschers zirkulierten Mediums deutlich erhöht.

Bei dem im Wärmespeicher unten an der äußeren Wandung eingebauten Rohrbündel als Solarwärmetauscher ist durch eine Doppelwandung mit entsprechender Isolierung das Rohrbündel vom umgebenen Medium zu trennen, wodurch eine Verbesserung des Auftriebs erreicht wird. Durch diesen stärkeren Auftrieb wird eine deutlich höhere Abkühlung des über das Rohrsystem des Wärmetauschers eingeleiteten Mediums erreicht und die Rücklauftemperatur des Mediums zu den Solarkollektoren verringert. Dies führt zu einer höheren Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur des Medium. Hierdurch wird die Energieausbeutung des über den Vor- und Rücklauf des Wärmetauschers zirkulierten Mediums deutlich erhöht.

Weiterhin kommt es zu einer stärkeren Abkühlung des in die Solaranlage zu den Kollektoren zurückgeführten Mediums und damit zu einem insgesamt höheren energetischem Wirkungsgrad. Dies wird dadurch erreicht, dass die Temperaturdifferenz zwischen Solarrücklauf und Solarvorlauf deutlich größer ist.

Gleichzeitig kann in Solaranlagen gegenüber herkömmlichen Wärmetauscher-Anordnungen die zu installierende Kollektorfläche kleiner ausfallen.

Rechnet man die Ersparnis an Kollektorfläche in Solaranlagen hinzu, ergibt sich u. U. sogar eine Verbilligung des Investitionsaufwandes der Gesamtanlage gegenüber herkömmlichen Konstruktionslösungen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Erfindung gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet:
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben:
1: Schnitt durch einen Schichtenspeicher mit einem vom Medium umgebenen, senkrecht eingebauten, isoliertem Solarwärmetauscher.
Bei einem Schichtenspeicher (8) in welchem ein senkrechter eingebauter Solarwärmetauscher (4) eingebaut ist, ist das zylindrische Rohr (9) – (oben zur Befestigung anschließender Schichtungsrohre) – des Solarwärmetauschers (4) thermisch, durch ein doppelwandiges Hohlkörperrohr (10), zum Medium (1) zu trennen. In dem doppelwandigen, dichten Hohlkörperrohr (10) soll im Hohlraum (7) folgende Ausführung herrschen: Erstens Vakuum, oder zweitens Edelgase (bevorzugt ist Krypton, daneben Xenon, Argon, Kohlendioxid und deren Gemische), oder drittens Feststoffwärmedämmung oder viertens Luft. Das Erstgenannte ist dem zweit-, dritt- und viert- genannten vorzuziehen. Das Zweitgenannte ist dem dritt- und viert- genannten vorzuziehen. Das Drittgenannte ist dem viert- genanten vorzuziehen. Der Wärmetauscher (4) mit zylindrischem Rohr (9) und doppelwandigem Hohlkörperrohr (10) ist vom Medium (1) umgeben. Die Temperatur des Mediums (1) ist annähern gleich mit dem Medium (2) welches in den Solarwärmetauscher (4) einfließt und durch den Solarwärmetauscher (4) erwärmt wird. Das aus dem Wärmetauscher (4) austretende Medium (3) wird durch den Solarwärmetauscher (4) erhitzt. Durch die thermische Trennung des zylindrischen Rohres (9) über das doppelwandige Hohlkörperrohr (10) zum Medium (1) wird erreicht, dass das austretende Medium- (3) deutlich heißer wird. Hierdurch bedingt wird der Auftrieb [Kamineffekt] (11) verstärkt. Durch den verstärkten Auftrieb [Kamineffekt] (11) wird das in den Solarwärmetauscher (4) eingeführte warme bzw. heiße Medium (5) stark herunter gekühlt und verlässt als deutlich abgekühltes Medium (6) den Solarwärmetauscher (4).
2: Schnitt durch einen Schichtenspeicher mit eingebautem, vom Medium isoliertem Solarwärmetauscherrohrbündel, welches sich im unteren Bereich an der äußeren Wandung des Wärmespeichers befindet.
Bei einem Schichtenspeicher (8a) in welchem ein Solarwärmetauscherrohrbündel im unteren Bereich an der äußeren Wandung eingebaut ist, ist das Solarwärmerohrbündel (4a) thermisch, durch ein doppelwandiges Hohlkörperrohr (10a), zum Medium (1a) zu trennen. In dem doppelwandigen, dichten Hohlkörperrohr (10a) soll im Hohlraum (7a) folgende Ausführung herrschen: Erstens Vakuum, oder zweitens Edelgase (bevorzugt ist Krypton, daneben Xenon, Argon, Kohlendioxid und deren Gemische), oder drittens Feststoffwärmedämmung oder viertens Luft. Das Erstgenannte ist dem zweit-, dritt- und viert- genannten vorzuziehen. Das Zweitgenannte ist dem dritt- und viert- genannten vorzuziehen. Das Drittgenannte ist dem viert- genanten vorzuziehen. Das Solarwärmerohrbündel (4a) ist durch doppelwandiges Hohlkörperrohr (10a) vom Medium (1a) isoliert. Die Temperatur des Mediums (1a) ist annähern gleich mit dem Medium (2a) welches in den Solarwärmetauscher (4a) einfließt und durch den Solarwärmetauscher (4a) erwärmt wird. Das aus dem Wärmetauscher (4a) austretende Medium (3a) wird durch den Solarwärmetauscher (4a) erhitzt. Durch die thermische Trennung des zylindrischen doppelwandigen Hohlkörperrohr (10a) zum Medium (1a) wird erreicht, dass das austretende Medium (3a) deutlich heißer wird. Hierdurch bedingt wird der Auftrieb [Kamineffekt] (11a) verstärkt. Durch den verstärkten Auftrieb [Kamineffekt] (11a) wird das in den Solarwärmetauscher (4a) eingeführte, warme bzw. heiße Medium (5a) stark herunter gekühlt und verlässt als deutlich abgekühltes Medium (6a) den Solarwärmetauscher (4a).

Claims

Wärmetauschereinrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Medium, das innerhalb eines Röhrensystems zirkuliert, auf eine zweites Medium, dass das Röhrensystem umgibt, in welchen Röhrensystem spiralförmig gewundene Röhren in einem Zylinder eingeschlossen ist.
Wärmetauschereinrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Medium, dass innerhalb eines Röhrensystems zirkuliert, auf eine zweites Medium, dass das Röhrensystem umgibt, in welchen das Röhrensystem mit spiralförmig gewundenen Röhren, vom Medium umspült werden.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass der Solarwärmetauscher unten, senkrecht in einem thermisch getrennten, doppelwandigen Hohlraumrohr im Bereich des Solarwärmetauschers in einem Schichtenspeicher eingebaut ist und durch ein doppelwandiges Hohlrohr mit Isolierung vom umgebenden Medium isoliert ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass das Solarwärmertauscherrohrbündel sich im Volumen integrierten Medium, im unteren Bereich, an der äußeren Wandung befindet und durch ein doppelwandiges Hohlrohr mit Isolierung vom umgebenden Medium thermisch getrennt ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, das bei einem Solarwärmetauscher das zylindrische Rohr des Solarwärmetauschers durch ein doppelwandiges Hohlkörperrohr zum Medium isoliert ist und in dem Hohlraum ein Vakuum herrscht.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Solarwärmetauscher das zylindrische Rohr des Solarwärmetauschers durch ein doppelwandiges Hohlkörperrohr zum Medium isoliert ist und der Hohlraum mit Edelgase (bevorzugt ist Krypton, daneben Xenon, Argon, Kohlendioxid und deren Gemische) gefüllt ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Solarwärmetauscher das zylindrische Rohr des Solarwärmetauschers durch ein doppelwandiges Hohlkörperrohr zum Medium isoliert ist und der Hohlraum mit Feststoffwärmedämmung befüllt ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Solarwärmetauscher das zylindrische Rohr des Solarwärmetauschers durch ein doppelwandiges Hohlkörperrohr zum Medium isoliert ist und der Hohlraum mit Luft oder Kohlensäure oder Stickstoff befüllt ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass das Solarwärmetauscherrohrbündel sich im Volumen integrierten Medium befindet und durch ein doppelwandiges Hohlraumrohr mit Isolierung vom Medium isoliert ist und in dem Hohlraum ein Vakuum herrscht.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass das Solarwärmetauscherrohrbündel sich im Volumen integrierten Medium befindet und durch ein doppelwandiges Hohlraumrohr mit Isolierung vom Medium isoliert ist und der Hohlraum mit Edelgase (bevorzugt ist Krypton, daneben Xenon, Argon, Kohlendioxid und deren Gemische) gefüllt ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass das Solarwärmetauscherrohrbündel sich im Volumen integrierten Medium befindet und durch ein doppelwandiges Hohlraumrohr mit Isolierung vom Medium isoliert ist und der Hohlraum mit Feststoffwärmedämmung befüllt ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass das Solarwärmerohrbündel sich im Volumen integrierten Medium befindet und durch ein doppelwandiges Hohlraumrohr mit Isolierung vom Medium isoliert ist und der Hohlraum mit Luft oder Kohlensäure oder Stickstoff befüllt ist.