DE102008060068A1

DE102008060068A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102008060068A1
Application number: DE102008060068A
Authority: DE
Inventors: Bechir Chahed
Original assignee: Clina Heiz & Kuehlelemente; Clina Heiz- und Kuehlelemente GmbH
Current assignee: Clina Heiz & Kuehlelemente; Clina Heiz- und Kuehlelemente GmbH
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe mit mindestens einer Leitung (1), durch welche ein Leitungsmedium geführt werden kann. Das Leitungsmedium kann in einem als Zustromleitungsabschnitt (2) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Hinströmen und in einem als Rückstromleitungsabschnitt (7) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Rückströmen geführt werden. Die Leitung (1) kann zumindest zum Teil, in einem Transferbereich der Leitung (1), in ein Umgebungsmedium zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium eingebracht werden. Die Leitung (1) ist im Transferbereich so ausgebildet, dass der Zustromleitungsabschnitt (2) und der Rückstromleitungsabschnitt (7) nebeneinander oder ineinander angeordnet und, sofern nebeneinander angeordnet, im Wesentlichen durchgehend miteinander verbunden sind, so dass die Leitung (1) im Transferbereich eine durchgehende Außenfläche bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe, ein System zur Wärmeübertragung, ein Verfahren zum Austauschen von Wärme und ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers.
Wärmeübertrager sind Apparate, in denen von einem Medium auf ein anderes Wärme oder Kälte übertragen wird zum Zweck der Erhitzung oder Kühlung. Bei einer direkten Wärmeübertragung findet eine kombinierte Wärme und Stoffübertragung statt. Bei einer indirekten Wärmeübertragung, wie sie Gegenstand der Erfindung ist, sind die Medien räumlich durch eine wärmedurchlässige oder -leitende Wand getrennt.
In dem Bereich der Wärme oder Kälterückgewinnung aus verschmutzten Medien, beispielsweise aus Abluft, Abwasser, oder Grubenwasser, werden im Allgemeinen Wärmeübertrager eingesetzt, die auf der indirekten Wärmeübertragung basieren. Hierbei sind Systeme bekannt, bei denen die wärmedurchlässige Wand als ein Metallrohr mit Metallrippen ausgebildet ist. Die Rippenabstände sind im Allgemeinen klein, um dadurch eine große Oberfläche der wärmedurchlässigen Wand zu erzielen. Die eingesetzten Metalle sind im Allgemeinen nicht korrosionsfest, was die Lebensdauer der Wärmeübertrager stark verkürzen kann. Darüber hinaus können die im verschmutzten Medium mitgeführten Feststoffe zu Verstopfungen der kleinen Metallrippen führen, wodurch immer wieder Betriebsstörungen auftreten.
Ferner sind Wärmeaustauscher bekannt, in denen die wärmedurchlässige Wand aus korrosionsfesten Elementen ausgebildet ist, beispielsweise aus Kunststoff-Kapillarrohrmatten in gespannter oder gewickelter Ausführung. Stark verschmutzten Medien können auch hier zu Verstopfungen führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager bereit zu stellen, welcher die im Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Vorstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit mindestens einer Leitung, durch welche ein Leitungsmedium geführt werden kann. Das Leitungsmedium, vorzugsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, kann in einem Teilstück der Leitung zum Hinströmen geführt werden. Dieses Teilstück ist als Zustromleitungsabschnitt ausgebildet, so dass das Leitungsmedium hierin als ein Zustrom eingeleitet werden kann. Aus diesem Teilstück kann das Medium in ein weiteres Teilstück der Leitung, welches als Rückstromleitungsabschnitt ausgebildeten ist, zum Rückströmen geführt werden. Die sequentielle Führung des Leitungsmediums durch den Zustromleitungsabschnitt und anschließend weiter in den Rückstromleitungsabschnitt geschieht bezüglich des Mediums verlustfrei. Ein Leitungsabschnitt ist im Wesentlichen charakterisiert durch einen Leitungsweg, auf welchem das Medium geführt wird, eine Leitungswand, welche das Medium umschließt, so das es nicht entweichen kann, und eine Leitungsachse, welche aus Flächenschwerpunkten von Querschnitten des Leitungsabschnitts zusammengesetzt ist.
Die Leitung ist dazu ausgebildet, dass sie vollständig oder nur zum Teil, in ein Umgebungsmedium zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium eingebracht wird. Der in das Umgebungsmedium eingebrachte Teil ist als Transferbereich der Leitung definiert, weil in diesem Bereich ein Wärmetransfer zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium in Form einer Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe möglich ist.
Die Leitung ist im Transferbereich so ausgebildet, dass der Zustromleitungsabschnitt und der Rückstromleitungsabschnitt nebeneinander oder ineinander angeordnet sein können. Daraus ergeben sich mehrere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Leitungsweg innerhalb des jeweils anderen Leitungswegs angeordnet sein, beispielsweise in einer als Doppelrohr oder als Doppelschlauch ausgebildeten Leitung, wobei eines der beiden Rohre innerhalb des anderen Rohres angeordnet ist. Hierbei bilden das Innenrohr und der Ringspalt zwischen dem Innen- und dem Außenrohr jeweils einen Leitungsabschnitt. Das Innenrohr und der Ringspalt bilden jeweils einen Leitungsweg. Das Innenrohr und das Paar Innenrohr-Außenrohr bilden jeweils eine Leitungswand eines Leitungswegs. Das Innenrohr kann entweder konzentrisch oder exzentrisch im Außenrohr angeordnet sein. Das Innenrohr kann dabei unmittelbar oder über einen Steg mit dem Außenrohr verbunden sein. Unter „Verbindung” wird in diesem Dokument stets eine formschlüssige Verbindung verstanden, sofern nicht explizite anders spezifiziert. Das Innenrohr kann auch ohne durchgehende Verbindung zum Außenrohr angeordnet sein, wobei das Innenrohr dann über ein offenes Ende oder über mindestens eine zur Rohrachse laterale Öffnung mit dem Außenrohr in Fluidverbindung steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Leitungsabschnitte benachbart nebeneinander, beabstandet oder ohne Abstand zueinander, aufgestellt sein, wobei ein Leitungsabschnitt vollständig außerhalb des jeweils anderen Leitungsabschnitts verläuft.
Gemäß einer Ausführungsform können die Optionen „nebeneinander” und „ineinander” kombiniert werden, wobei eine dieser Optionen in einem bestimmten Teilbereich der Leitung umgesetzt ist und in die jeweils andere Option stetig übergeht.
Sofern nebeneinander angeordnet, sind die Leitungswände von Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt durchgehend miteinander verbunden. Dabei können die Leitungswände der beiden Leitungsabschnitte entweder direkten Kontakt zueinander haben oder über einen Steg oder eine Fläche miteinander verbunden sein. In beiden Fällen sind sie jedoch durchgehend, d. h. unterbrechungsfrei, miteinander verbunden.
Der Zustromleitungsabschnitt und der Rückstromleitungsabschnitt sind im Transferbereich der Leitung derart angeordnet, dass die Leitung in diesem Bereich eine durchgehende Außenfläche bildet. Die Außenfläche ist als Vereinigungsmenge der Konturen der Leitungsquerschnitte definiert, wobei jeweils eine Kontur (Umriss) offen oder geschlossen sein kann. Unter einer durchgehenden Außenfläche wird verstanden, dass alle Konturen von Leitungsquerschnitten jeweils geschlossen sind.
Falls Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt ineinander angeordnet sind, ist die Außenfläche der Leitung identisch mit der Außenfläche des äußeren Leitungsabschnitts. Falls Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt nebeneinander angeordnet sind, tragen die Außenflächen beider Leitungsabschnitte zur Außenfläche der Leitung bei. Hierbei sind die Wände von Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt durchgehend, d. h. unterbrechungsfrei miteinander verbunden, so dass die Außenfläche der Leitung durchgehend ist.
Unter einer durchgehenden Außenfläche wird auch verstanden, dass keine Störstelle der Leitung, das heißt möglichst keine Öffnung und insbesondere gar keine Öffnung in der Außenfläche der Leitung, vorhanden ist. Falls das Umgebungsmedium stark verschmutzt ist und zugleich die Leitung umfließt, können sich Verschmutzungen an Störstellen anhäufen und zu Verklumpungen führen, so dass ein ungehindertes Fließen des Umgebungsmediums und damit die Funktion des Wärmeübertragers substantiell beeinträchtigt ist.
Unter einer durchgehenden Außenfläche wird auch verstanden, dass die Außenfläche kleine Öffnungen, bevorzugt im Bereich von unter 1 cm oder unter 1 mm, aufweisen kann.
Der wesentliche Vorteil einer durchgehenden Außenfläche besteht in einem Selbstreinigungseffekt der Leitung, sofern ein stark verschmutztes Umgebungsmedium die Leitung umfließt. An einer stetigen, glatten, durchgehenden Außenfläche ohne Löcher oder Unterbrechungen können keine Verschmutzungen hängen bleiben. Die Funktionalität des Wärmeübertragers, insbesondere eine gleichbleibende Effizienz und eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit, werden durch dieses Merkmal erheblich gefördert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit mindestens einer Leitung, durch welche ein Leitungsmedium geführt werden kann. Das Leitungsmedium kann in einem Zustromleitungsabschnitt zum Hinströmen geführt werden. Aus diesem Teilstück der Leitung kann das Leitungsmedium in ein weiteres Teilstück der Leitung, welches als Rückstromleitungsabschnitt ausgebildeten ist, zum Rückströmen geführt werden.
Die Leitung ist dazu ausgebildet, dass ein Transferbereich der Leitung in ein Umgebungsmedium zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium eingebracht werden kann.
Die Leitung ist im Transferbereich so ausgebildet, dass die Leitungswege nebeneinander oder ineinander angeordnet sein können. Daraus ergeben sich mehrere Ausführungsformen: Die Leitungswege verlaufen benachbart nebeneinander, oder ein Leitungsweg ist, konzentrisch oder exzentrisch, innerhalb des jeweils anderen Leitungswegs angeordnet, oder eine Kombination der Optionen „nebeneinander” und „ineinander” ist umgesetzt.
Die Leitung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass folgende Bedingungen erfüllt sind: Die Leitungswand des Zustromleitungsabschnitts kann, im Wesentlichen orthogonal zu einer Durchflussrichtung des Leitungsmediums oder zu einer Leitungsachse, von dem Umgebungsmedium nicht unmittelbar vollständig umgeben werden, oder die Leitungswand des Zustromleitungsabschnitts kann, im Wesentlichen orthogonal zu einer Durchflussrichtung des Leitungsmediums oder zu einer Leitungsachse, von dem Umgebungsmedium nur teilweise unmittelbar umgeben werden. Die Durchflussrichtung des Leitungsmediums ist zumindest teilweise im Wesentlichen parallel oder antiparallel zur Leitungsachse.
Unter „nicht unmittelbar vollständig umgeben” kann z. B. verstanden werden, dass das Umgebungsmedium in einer Querschnittsebene orthogonal zur Leitungsachse nicht direkt angrenzend, also z. B. unmittelbar an der Außenwand der Leitung oder an einem Leitungsabschnitt umlaufend, die Leitung oder den Leitungsabschnitt vollständig umgeben kann. Das kann z. B. bedeuten, dass ein Leitungsabschnitt vom Umgebungsmedium entweder überhaupt nicht unmittelbar umgeben ist, beispielsweise wenn er innerhalb des anderen Leitungsabschnitts an geordnet ist, oder dass ein Verbindungsstück zwischen den Leitungsabschnitten, sofern diese nebeneinander angeordnet sind, in der betreffenden Querschnittsebene einen vollständigen unmittelbaren Kontakt der Leitungsabschnitte zum Umgebungsmedium verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform sind beide Leitungsabschnitte nebeneinander angeordnet und die Leitungswand eines Leitungsabschnitts ist, im Wesentlichen orthogonal zur Leitungsachse, „vom Umgebungsmedium unmittelbar nicht vollständig umgeben”. Folglich ist in stets Material zwischen den Leitungswänden beider Leitungsabschnitte vorhanden und somit existiert an keiner Stelle eine Materiallücke zwischen den benachbarten Leitungsabschnitten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Leitungsweg des Rückstromleitungsabschnitts den Leitungsweg des Zustromleitungsabschnitts. Hierbei hat die Leitungswand des Zustromleitungsabschnitts per definitionem an keiner Stelle unmittelbaren Kontakt zum Umgebungsmedium und kann damit, im Wesentlichen orthogonal zur Leitungsachse, von dem Umgebungsmedium nicht unmittelbar vollständig umgeben werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verlaufen die Leitungswege von Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt benachbart nebeneinander. In dem gesamten Transferbereich besteht durchgehend eine laterale Verbindung zwischen Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt weil die Wand des Zustromleitungsabschnitts vom Umgebungsmedium nicht unmittelbar vollständig umgeben sein kann. Es existiert keine Materiallücke zwischen Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt, unabhängig davon, ob die Leitungswände der beiden Leitungsabschnitte unmittelbar oder beabstandet nebeneinander aufgestellt sind. Würde in mindestens einem Leitungsbereich, beispielsweise im Bereich einer Aussparung, keine laterale Verbindung zwischen den Leitungswänden von Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt bestehen, so wäre im Aussparungsbereich die Leitungswand des Zustromleitungsabschnitts, im Wesentlichen orthogonal zu einer Durchflussrichtung des Leitungsmediums oder zu einer Leitungsachse, unmittelbar vom Umgebungsmedium vollständig umgeben.
Ferner ist die Leitung derart ausgebildet, dass folgende Bedingungen erfüllt sind: Die Leitungswand des Rückstromleitungsabschnitts kann von dem Umgebungsmedium, im Wesent lichen orthogonal zur Leitungsachse, nicht unmittelbar vollständig umgeben werden, oder die Leitungswand des Rückstromleitungsabschnitts kann von dem Umgebungsmedium, im Wesentlichen orthogonal zur Durchflussrichtung des Leitungsmediums oder zur Leitungsachse, nur teilweise umgeben werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Leitungsweg des Zustromleitungsabschnitts den Leitungsweg des Rückstromleitungsabschnitts. Hierbei hat die Leitungswand des Rückstromleitungsabschnitts per definitionem an keiner Stelle unmittelbaren Kontakt zum Umgebungsmedium und kann damit, lateral zur Leitungsachse von dem Umgebungsmedium nicht unmittelbar vollständig umgeben werden.
Die Bedingungen, wobei mindestens eines von Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt von einem Umgebungsmedium, im Wesentlichen lateral zur Leitungsachse, nicht unmittelbar vollständig oder nur teilweise umgeben werden kann, stellen stets sicher, dass die Leitung im Transferbereich keine Störstellen, beispielsweise in Form von Materiallücken, aufweist. Das hat einen Selbstreinigungseffekt der Leitung zur Folge, sofern ein stark verschmutztes Umgebungsmedium die Leitung umfließt. Verschmutzungen können verstärkt an Lücken oder Materialaussparungen hängen bleiben. Das Fehlen solcher Störstellen fordert eine gleichbleibende Effizienz und einen reibungslosen Betrieb des Wärmeübertragers.
Die genannten Bedingungen sind aber auch dann erfüllt, wenn die Leitungen kleine Materiallücken aufweisen. Die Lücken können bevorzugt Abmessungen im Bereich von unter 1 cm oder unter 1 mm haben.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Leitung zumindest zum Teil aus einem elastischen oder flexiblen Material hergestellt sein. Die Leitung kann beispielsweise ein Schlauch sein, welcher aus flexiblem Kunststoff hergestellt ist. Die Leitung kann auch abschnittsweise aus Elementen bestehen, welche aus einem starren Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, hergestellt sind. Solche Elemente können beispielsweise Metallringe sein, welche mit einem elastischen Kunststoff miteinander verbunden sind. Die Leitung kann aber auch aus einer Metallspirale hergestellt sein, deren Spiralringe nahe genug beieinander sind und gegebenenfalls mit einem Kunststoff abgedichtet sind. Sofern die Leitung vom Umgebungsmedium umflos sen wird, kann sich eine flexible Leitung vorteilhafterweise an zeitlich und örtlich variable Strömungsverhältnisse anpassen und damit einen ungehinderten Stromfluss sowie Wärmeaustausch begünstigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Leitung ein proximales Ende und ein entgegengesetztes distales Ende auf, wobei die Leitung am distalen Ende frei beweglich sein kann. Somit weist die Leitung ein erstes und ein zweites Ende auf, wobei des erste Ende dem proximalen Ende und das zweite Ende dem distalen Ende entspricht. Sofern die Leitung vom Umgebungsmedium umflossen wird, und sich im Strom des Umgebungsmediums starre Stoffteile befinden, kann eine am distalen Ende frei bewegliche Leitung ausweichen. Flexibilität und Beweglichkeit der Leitung und damit die Anpassungsfähigkeit an die Strömungsverhältnisse des strömenden Umgebungsmediums erhöhen sich dadurch.
Bevorzugt ist am distalen Ende der Leitung ein Ballastelement angeordnet ist. Dieses Merkmal wirkt auf eine vertikale Grundposition der Leitung hin und verhindert, dass starke und stark wechselnde Strömungen des Umgebungsmediums die Leitung durcheinander bringt. Zugleich bewirkt diese Anordnung eine erhöhte Formstabilität der Leitung, wobei ein Ausschwingen der Leitung aus der Grundposition, verursacht durch einen größeren Körper in der Strömung, nach Passieren des Körpers von einer Rückkehr in die Grundposition gefolgt wird.
Vorzugsweise ist das proximale Ende der Leitung offen, so dass an diesem Ende der Leitung das Leitungsmedium in die Leitung zugeführt und von der Leitung abgeführt werden kann. Die Leitung weist somit am proximalen Ende einen Leitungseingang zum Einleiten des Leitungsmediums und einen Leitungsausgang zum Entnehmen des Leitungsmediums.
Vorteilhafterweise ist das distale Ende der Leitung geschlossen. Damit kann die Leitung mit dem distalen Ende in das Umgebungsmedium eingebracht werden, ohne dass ein Stoffübergang zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium stattfindet.
Gemäß einer Ausführungsform sind Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt einander umschließend angeordnet. Die Ausführungsform, wobei der Rückstromleitungsabschnitt den Zustromleitungsabschnitt umschließt und zugleich die Leitung im Rück stromleitungsabschnitt gegen die Flussrichtung des Leitungsmediums vom Umgebungsmedium umflossen wird, ist besonders vorteilhaft, weil dadurch der Wärmeaustausch zwischen den beiden Medien besonders effizient ist. Zudem kann auch ein effizienter Wärmeaustausch zwischen Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt, in denen die Ströme ebenfalls gegenläufig sind, stattfinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt benachbart nebeneinander angeordnet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass beide Leitungsabschnitte unmittelbar vom Umgebungsmedium umgeben sind. Dadurch findet in beiden Leitungsabschnitten eine Wärmeübertragung zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium statt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Wärmeübertragung mit mindestens zwei Wärmeübertragern, wie oben beschrieben. Der Zustromleitungsabschnitt der Leitung eines ersten Wärmeübertragers steht mit einer als Verteiler ausgebildeten Zuleitung in Fluidverbindung. Der Rückstromleitungsabschnitt der Leitung des ersten Wärmeübertragers steht mit einer als Sammler ausgebildeten Ableitung in Fluidverbindung.
Das System ist so ausgebildet, dass es eine Vielzahl von ersten Wärmeübertragern umfassen kann. Die ersten Wärmeübertrager stehen mit dem Verteiler und mit dem Sammler in Fluidverbindung. Aus dem Verteiler kann das Leitungsmedium in die ersten Wärmeübertrager einströmen und, nach Durchfließen der ersten Wärmeübertrager, kann das Leitungsmedium in den Sammler eingeleitet werden. Vorteilhafterweise können Verteiler und Sammler als Metallrohre mit vorzugsweise rundem oder viereckigem Querschnitt ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise kann die Zuleitung mit der Ableitung nur über die mindestens zwei Wärmeübertrager in Fluidverbindung stehen. Das heißt, der Kreislauf umfassend die Zuleitung, die Wärmeübertrager und die Ableitung ist hermetisch dicht. Ein Entweichen des Leitungsmediums aus diesem Kreislauf oder ein Einsickern des Umgebungsmediums in die Leitung ist nicht vorgesehen. Vorteilhafterweise sind Zuleitung und Ableitung möglichst voneinander thermisch entkoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Zustromleitungsabschnitt der Leitung jedes ersten Wärmeübertragers an der Zuleitung fixiert sein und der Rückstromleitungsabschnitt der Leitung jedes ersten Wärmeübertragers kann an der Ableitung fixiert sein. Die Vorrichtung, welche eine Fluidverbindung zwischen Wärmeübertrager und Zuleitung oder Ableitung herstellt, ist zugleich auch zum mechanischen Fixieren des Wärmeübertragers ausgebildet. Optional ist eine separate Fixierungsvorrichtung vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Umgebungsmedium ein Gas, beispielsweise Abluft, oder eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, oder Abwasser, oder Meerwasser, oder Grubenwasser oder Sole sein, wobei die Flüssigkeit optional verschmutzt und/oder aggressiv ist. Das System kann auch in einem unverschmutzten Umgebungsmedium eingesetzt werden, allerdings entfalten die Vorzüge des Systems besonders in einem fließenden, verschmutzten Umgebungsmedium ihre Wirkung. Das System kann vorzugsweise im Umgebungsmedium so positioniert sein, dass die Flussrichtung des Umgebungsmediums im Wesentlichen die Richtung vom proximalen Ende zum distalen Ende der Leitung ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Umgebungsmedium ein Feststoff sein oder mindestens ein Feststoff-Element umfassen. Das Umgebungsmedium kann beispielsweise eine Fußbodenheizung, oder eine Kühldecke, oder ein Erdreichabsorber sein.
Vorzugsweise können die Zuleitung und die Ableitung jeweils als Sammelleitungen für eine Vielzahl von ersten Wärmeübertragern ausgebildet sein. Das System ist damit skalierbar. Die Zahl der ersten Wärmeübertrager, sowie deren Abmessungen gehören zu den Parameter, die in Abhängigkeit von den Raumabmessungen, wo das System untergebracht wird, von der Wärmemenge, die ab- oder zugeführt werden soll, sowie von weiteren Größen, im Verlauf eines Design-Prozesses zu bestimmen sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist an dem distalen Ende des ersten Wärmeübertragers mindestens ein zweiter Wärmeübertrager hydraulisch oder pneumatisch in Serie schaltbar. In diesem Fall kann das distale Ende des ersten Wärmeübertragers offen sein, so dass es an das proximale offene Ende des zweiten Wärmeübertragers koppelbar ist. An das distale Ende des ersten Wärmeübertragers können auch zwei oder mehrere zweite Wärmeübertrager gekop peltsein. Durch Umsetzung dieses Prinzips sind noch weitere Wärmeübertrager hydraulisch oder pneumatisch in Serie schaltbar. Damit ist es möglich, ein Netz von Wärmeübertragern zu bilden. Dies stellt eine zusätzliche Erweiterungsmöglichkeit und zusätzliche Designparameter zur Verfügung, mit denen eine weitere, verbesserte Anpassung des Systems an die Einsatzumgebung und an die wärmetechnischen Randbedingungen möglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wärmeübertragung zwischen dem Leitungsmedium, welches den ersten und/oder den zweiten Wärmeübertrager durchströmt, und dem Umgebungsmedium, in welches der erste und/oder der zweite Wärmeübertrager eingebracht ist, möglich. Dieses Merkmal formuliert eine Grundbeding für die Funktionsfähigkeit einer hydraulischen oder pneumatischen Serienschaltung von Wärmeübertragern und für eine Bildung eines Wärmeübertrager-Netzes.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austauschen von Wärme zwischen einem Leitungsmedium und einem Umgebungsmedium mittels eines Wärmeübertragers wie oben beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Einbringen des Transfersbereichs der Leitung in das Umgebungsmedium, Durchströmen der Leitung mit dem Leitungsmedium, und Austauschen von Wärme zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium. Um den Wärmeaustausch durchführen zu können kommt es im Wesentlichen darauf an, dass die Leitung mit dem Leitungsmedium durchströmt wird und zugleich die Leitung in das Umgebungsmedium eingebracht ist. Daher können die Schritte „Einbringen des Transfersbereichs” und „Durchströmen der Leitung” auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Rückstromleitungsabschnitt im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zum Zustromleitungsabschnitt durchströmt werden. Auf diese Weise kann ein Einleiten des Leitungsmediums in die Leitung und ein Ausleiten des Leitungsmediums aus der Leitung am gleichen Ende der Leitung stattfinden, wodurch die Anordnung für einen Betrieb in einem strömenden Umgebungsmedium besonders geeignet ist. Sofern der Zustromleitungsabschnitt und der Rückstromleitungsabschnitt ineinander angeordnet sind, wird durch die gegenseitigen Ströme eine zusätzliche Wärmeübertragung zwischen beiden Strömungsabschnitten und damit ein stetiger, gleichmäßiger Temperaturgradient über den Leitungsquerschnitt erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich der Wärmeübertrager an einem distalen Ende frei bewegen und sich flexibel an den zeitlich und örtlich wechselnden Strom des Umgebungsmediums anschmiegen. Vorteilhafterweise wird dadurch der Wärmeaustausch gefördert, weil die Rückstromrichtung des Leitungsmediums und die Stromrichtung des Umgebungsmediums im Wesentlichen parallel zueinander sind. In einer vorteilhaften Ausführung sind die Rückstromrichtung des Leitungsmediums und die. Stromrichtung des Umgebungsmediums antiparallel zueinander ausgerichtet, was die Effizienz des Wärmeaustauschs zusätzlich erhöht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers wie oben beschrieben. Das Verfahren umfasst den Schritt Herstellen der Leitung aus einem flexiblen Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen. Der Einsatz eines flexiblen Materials ist insbesondere im Zusammenhang mit einem fließenden Umgebungsmedium, beispielsweise einem Gas oder einer Flüssigkeit, von großer Bedeutung. Die flexible Leitung kann sich vorteilhafterweise an zeitlich und örtlich variable Strömungsverhältnisse anpassen und damit einen ungehinderten Stromfluss sowie einen effizienten Wärmeaustausch begünstigen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Leitung mit Hilfe einer Technologie zur Herstellung von Kunststoff-Kapillarmatten in weiterentwickelter Form hergestellt werden Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Vorfeld der Leitungsherstellung eine Ermittlung der Leitungsabmessungen mit Hilfe eines thermodynamischen und/oder pneumatischen und/oder mechanischen Simulationsmodells ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann mit Hilfe des Simulationsmodells eine Optimierung zur Ermittlung der Leitungsabmessungen unter folgenden Randbedingungen oder mit folgenden Optimierungszielen durchgeführt werden: Maximale wärmetechnische Effizienz, minimaler hydraulischer Druckverlust, maximale mechanische Flexibilität, und minimaler Materialein satz. Damit kann das Design des Wärmetauschers optimal an geometrischen, strömungs- und wärmetechnischen Randbedingungen des Problems angepasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform können der Zustromleitungsabschnitt der Leitung mit einer Zuleitung, und der Rückstromleitungsabschnitt der Leitung mit einer Ableitung in Fluidverbindung stehen. Zuleitung und Ableitung sind vorzugsweise als Verteiler und Sammler ausgebildet. Nach der Ausführung des hermetischen Fügens von Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitts können folgende Schritte ausgeführt werden: hermetisches Fügen des Zustromleitungsabschnitts an die Zuleitung mittels Schweißen, und hermetisches Fügen des Rückstromleitungsabschnitts an die Ableitung mittels Schweißen. Das hermetische Fügen der jeweiligen Leitungsabschnitte an die Zu- und Ableitung dient dazu, Verluste des Leitungsmediums an das das Umgebungsmedium und ein Eindringen von eventuell verschmutztem Wasser oder Gas in die Leitung zu vermieden. Das hermetische Fügen mittels Schweißen hat den Vorteil, dass dadurch ein Stoffaustausch zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium verhindert wird. Die sequentielle Führung des Leitungsmediums aus dem Verteiler in den Zustromleitungsabschnitt und anschließend weiter in den Rückstromleitungsabschnitt und in den Sammler kann damit verlustfrei stattfinden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigt
1 ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers in einer Seitenansicht, wobei der Zustromleitungsabschnitt innerhalb des Rückstromleitungsabschnitt angeordnet ist,
2a ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Wärmeübertragung in einer Seitenansicht, wobei Zuleitung und Ableitung nebeneinander ineinandergreifend angeordnet sind,
2b ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung in einer Seitenansicht, wobei Zuleitung und Ableitung benachbart nebeneinander angeordnet sind,
3 ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung in einer Seitenansicht, wobei das Umgebungsmedium die Leitung umströmt,
4 ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung in einer Seitenansicht, wobei das Umgebungsmedium ein Feststoff ist,
5a ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung in einer Vorderansicht, wobei Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt beabstandet nebeneinander angeordnet sind,
5b einen Schnitt längs der Linie A-A von 5a,
6a ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung in einer Vorderansicht, wobei Zustromleitungsabschnitt und Rückstromleitungsabschnitt unmittelbar nebeneinander angeordnet sind,
6b einen Schnitt längs der Linie B-B von 6a,
7a ein Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers in einer Draufsicht, wobei die Leitungsabschnitte ineinander konzentrisch angeordnet sind,
7b ein Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers in einer Draufsicht, wobei die Leitungsabschnitte ineinander exzentrisch angeordnet sind,
7c ein Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers in einer Draufsicht, wobei die Leitungsabschnitte nebeneinander ineinandergreifend angeordnet sind,
8a ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung in einer Vorderansicht, umfassend einen ersten und zwei zweite Wärmeübertrager,
8b ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung in einer Vorderansicht, umfassend ein Netz von Wärmeübertragern.
In der 1 ist ein flexibler Doppelrohrwärmeübertrager zur Wärmeaufnahme oder -abgabe in verschmutzten und/oder aggressiven Medien mit gleichseitigem Medienanschluss, mit einer Leitung oder einem Doppelrohr 1, durch welche ein Leitungsmedium geführt wird, gezeigt. Das Leitungsmedium, vorzugsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, wird in einem Teilstück des Doppelrohrs 1 zum Hinströmen geführt. Dieses Teilstück ist als Zustromleitungsabschnitt oder Kernrohr 2 ausgebildet, so dass das Leitungsmedium hierin als ein Zustrom eingeleitet wird. Aus diesem Teilstück wird das Medium in ein weiteres Teilstück der Leitung, welches als Rückstromleitungsabschnitt oder Ringspalt 7 ausgebildeten ist, zum Rückströmen geführt. Die sequentielle Führung des Leitungsmediums durch das Kernrohr 2 und anchließend weiter in den Ringspalt 7 geschieht verlustfrei.
Das Doppelrohr 1 ist zumindest zum Teil, in einem Transferbereich des Doppelrohrs 1, in ein Umgebungsmedium zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe zwischen dem Leitungsmedi um und dem Umgebungsmedium eingebracht. Der Transferbereich ist derjenige Bereich des Doppelrohrs 1, welcher vom Umgebungsmedium umflossen wird. Das Doppelrohr 1 im Transferbereich so ausgebildet, dass das Kernrohr 2 und der Rückspalt 7 nebeneinander angeordnet sind. Das Doppelrohr 1 bildet im Transferbereich eine durchgehende Außenfläche.
Das Doppelrohr 1 wird von einem Medium umströmt, das verschmutzt und/oder aggressiv sein kann, wobei es sich beispielsweise um Abluft, Abwasser, Meerwasser, Grubenwasser usw. handelt, in konstanter und/oder wechselnder Richtung.
Der Wärmeübertrager umfasst eine dauerhaft flexible Wärmeübertragerfläche zur Wärmeaufnahme oder -abgabe eines Wasser- oder Solestromes in einem Doppelrohrsystem. Als Wärmequelle oder -senke dient das Umgebungsmedium. Die Beweglichkeit der Doppelrohre 1 gewährleistet eine verstopfungsfreie und wärmetechnisch effiziente Nutzung des Stroms des Umgebungsmediums. Beim Einsatz der Doppelrohre 1 in Festkörpern – beispielsweise im Estrich, Beton, Erdreich und Platten – ist eine technisch einfache Medienversorgung gestaltbar.
Im Doppelrohr 1 erfolgt die Hin- und Rückströmung des Nutzmediums (Wasser, Sole) so, dass im Kernrohr 2 die Hinströmung und im Ringspalt 7 die Rückströmung erfolgt (Druck im Verteiler 4 größer als im Sammler 5). Da sich das flexible Doppelrohr 1 stets in Strömungsrichtung ausrichtet, besteht zwischen dem Umgebungsmedium und der Strömung im Ringspalt 7 stets der thermodynamisch günstige Gegenstrom. Die fortwährende, der Turbulenz der Strömung folgende Querbewegung des Doppelrohres 1 fördert die Wärmeübertragung.
Die Festlegung der beiden Rohrdurchmesser ist mit Hilfe eines Simulationsmodells bezüglich wärmetechnischer Effizienz und hydraulischem Druckverlust neben den Forderungen nach Flexibilität und geringem Materialeinsatz möglich.
Das Kernrohr 2 hat einen Außendurchmesser von vorzugsweise kleiner sechs Millimeter. Das Hüllrohr 3 hat vorzugsweise einen Außendurchmesser von kleiner zwölf Millimeter. Das Hüllrohr 3 wird gegenläufig von Wasser oder Sole gleichen Stoffes und gleichen Massenstromes durchflossen, wobei nur eine Temperaturänderung auftritt. Die Strömung vom Kern rohr 2 zum Ringspalt 7 garantiert einen höheren Innendruck im Kernrohr 2, wodurch dieses auch bei geringer Wanddicke formstabil gehalten wird.
Die 2a und 2b zeigen zwei Ausführungsbeispiele eines Systems zur Wärmeübertragung, wobei der Verteiler 4 und der Sammler 5 rohrförmig ausgebildet sind. In 2a sind Verteiler 4 und Sammler 5 nebeneinander ineinandergreifend angeordnet. In der 2b sind Verteiler 4 und Sammler 5 benachbart nebeneinander angeordnet.
Das Kernrohr 2 ist an dem Verteiler 4 mit dem Innendruck p₁ und das Hüllrohr 3 an dem Sammler 5 mit dem Innendruck p₂ < p₁ angeschlossen. An dem freien Ende 6 des Kernrohres 2 erfolgt der Flüssigkeitsübertritt in den Ringspalt 7 zwischen Kernrohr 2 und Hüllrohr 3. Das Hüllrohr 3 ist am freien Ende 8 dicht verschlossen.
Die Verteiler 4 und Sammler 5 können unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Sie sind vorzugsweise miteinander mechanisch verbunden, aber unbedingt hydraulisch voneinander getrennt. Das Kernrohr 2 mit dem offenen Ende 6 schließt am Verteiler 4 und das Hüllrohr 3 mit dem verschlossenen Ende 8 am Sammler 5 an. Alle Konstruktionselemente bestehen aus Kunststoff, vorzugsweise aus PP, wobei die bekannte Technologie zur Herstellung von Kunststoff-Kapillarrohrmatten in weiterentwickelter Form genutzt wird. Das Fügen der Konstruktionselemente erfolgt durch Schweißen.
In der 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung gezeigt mit einer Anzahl flexibler Doppelrohre 1 im umspülenden Umgebungsmedium, das sich durch zeitlich unterschiedliche Richtungen auszeichnen kann.
Die Befestigung der Wärmeübertragerfläche, die aus Doppelrohren 1 besteht, ist nur einseitig fixiert, sodass sich die flexiblen Doppelrohre 1 jederzeit der Strömung anpassen können und mitgeführten Feststoffen keinerlei Widerstand entgegensetzen. Sie besitzen somit einen ausgezeichneten Selbstreinigungseffekt. Dieser wird noch durch die geeignete Wahl eines schmutzabweisenden Kunststoffes – beispielsweise PP – unterstützt.
Die in beliebiger Anzahl parallel angeschlossenen Doppelrohre 1 besitzen vorzugsweise eine Länge von ein Meter bis zehn Meter und sind im Umgebungsmedium frei beweglich, um eine fortwährende Reinigung zu bewirken sowie den Wärmeübergang zu fördern.
Erfolgt der Einsatz der erfindungsgemäßen Konstruktion in ein Umgebungsmedium hoher Dichte – z. B. Schmutzwasser oder Salzwasser – ist das freie Ende 8 des Hüllrohres 3 teilweise mit Ballast befüllbar, um ein Aufschwimmen im Umgebungsmedium zu vermeiden.
In der 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Wärmeübertragung gezeigt, welches mögliche Verlegungen der flexiblen Doppelrohre 1 in einer festen Umgebung, beispielsweise in einer entsprechend geschlitzten Platte 10 mit zwei Freilassungen 11, darstellt.
Das Doppelrohr 1 kann in diverse feste Umgebungen 10 eingeformt werden, um beispielsweise eine Fußbodenheizung, eine Kühldecke, einen Erdreichabsorber usw., mit gleichseitiger Lage von Verteiler 4 und Sammler 5 zu realisieren.
In den 5a und 6a sind zwei Ausführungsbeispiele des Systems zur Wärmeübertragung gezeigt, wobei Zustromleitungsabschnitt 2 und Rückstromleitungsabschnitt 7 nebeneinander angeordnet sind. Die 5b zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A von 5a, die 6b zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B von 6a. In der 5a sind die beiden Leitungsabschnitte beabstandet nebeneinander angeordnet, in der 6a sind sie unmittelbar nebeneinander angeordnet. In beiden Fällen sind die Leitungsabschnitte durchgehend verbunden. Eine Materiallücke oder ein Loch in der Außenfläche bzw. zwischen den Leitungsabschnitten ist nicht vorhanden.
In den 6a bis 6c sind Draufsichten von Wärmeübertragern gezeigt, wobei die Leitungsabschnitte ineinander konzentrisch (6a), ineinander exzentrisch (6b) und nebeneinander ineinandergreifend (6c) angeordnet sind.
In der 8a ist ein System zur Wärmeübertragung, umfassend einen ersten Wärmeübertrager 21 und zwei zweite Wärmeübertrager 22 gezeigt, wobei die Wärmeübertrager als Doppelrohrwärmeübertrager ausgebildet sind. Am seinem proximalen Ende steht der erste Wärmeü bertrager 21 mit dem Verteiler 4 und mit dem Sammler 5 in Fluidverbindung und ist zugleich daran mechanisch fixiert. An den ersten Wärmeübertrager 21 sind zwei zweite Wärmeübertrager 22 jeweils in Serie geschaltet, wobei das distale Ende des ersten Wärmeübertragers 21 mit den proximalen Enden der zweiten Wärmeübertrager 22 in Fluidverbindung steht. Die Fluidverbindung zwischen dem ersten Wärmeübertrager 21 und den zweiten Wärmeübetragern 22 ist so ausgebildet, dass das Innenrohr 2 und das Außenrohr 7 sich beim Übergang vom ersten Wärmeübertrager 21 auf die zweiten Wärmeübertrager 22 verzweigen. Die Rohre sind hermetisch aneinander gefügt, so dass das Leitungsmedium vom Verteiler 4 über die Innenrohre 2 und die Ringspalte 7 an den Sammler 5 verlustfrei fließen kann. Die Zahl der zweiten Wärmeübertrager 22, welche auch von zwei verschieden sein kann, beispielsweise einer, oder fünf, orientiert sich hauptsächlich an den Randbedingungen des Problems, das mit dem System von Wärmeübertragern zu lösen ist.
In der 8b ist ein System zur Wärmeübertragung, umfassend ein Netz von Wärmeübertragern mit einem linken und mit einem rechten Subnetz. An die ersten Wärmeübertrager 21 sind jeweils zwei zweite Wärmeübertrager 22 angeschlossen, an welche jeweils zwei dritte Wärmeübertrager 23 angeschlossen sind. Dieses Prinzip lässt sich beliebig fortsetzen, wie beispielsweise im linken Subnetz, wo an die dritten Wärmeübertrager 23 jeweils zwei vierte Wärmeübertrager 24 angeschlossen sind. Ein solches Netz stellt zusätzliche Designparameter zur Verfügung, mit denen eine weitere, verbesserte Anpassung des Systems an die Einsatzumgebung und an die wärmetechnischen Randbedingungen möglich ist.

1: Doppelrohr oder Leitung
2: Kernrohr oder Innenrohr oder Zustromleitungsabschnitt
3: Hüllrohr oder Außenrohr
4: Verteiler oder Zuleitung
5: Sammler oder Ableitung
6: offenes Kernrohrende oder distales Ende des Zustromleitungsabschnitts
7: Ringspalt oder Rückstromleitungsabschnitt
8: verschlossenes Hüllrohrende oder distales Ende der Leitung
10: feste Umgebung z. B. Estrichschicht, Platte
11: Aussparungen in der Platte
21: erster Wärmeübertrager
22: zweiter Wärmeübertrager
23: dritter Wärmeübertrager
24: vierter Wärmeübertrager

Claims

Wärmeübertrager zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe mit mindestens einer Leitung (1), durch welche ein Leitungsmedium geführt werden kann, – wobei das Leitungsmedium in einem als Zustromleitungsabschnitt (2) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Hinströmen und in einem als Rückstromleitungsabschnitt (7) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Rückströmen geführt werden kann, – wobei die Leitung (1) zumindest zum Teil, in einem Transferbereich der Leitung (1), in ein Umgebungsmedium zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium eingebracht werden kann, – wobei die Leitung (1) im Transferbereich so ausgebildet ist, dass der Zustromleitungsabschnitt (2) und der Rückstromleitungsabschnitt (7) nebeneinander oder ineinander angeordnet und, sofern nebeneinander angeordnet, im Wesentlichen durchgehend miteinander verbunden sind, so dass die Leitung (1) im Transferbereich eine durchgehende Außenfläche bildet.
Wärmeübertrager zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe mit mindestens einer Leitung (1), durch welche ein Leitungsmedium geführt werden kann, wobei die Leitung (1) in einem Transferbereich einen Zustromleitungsabschnitt (2) und einen Rückstromleitungsabschnitt (7) aufweist, wobei mindestens eines von Zustromleitungsabschnitt (2) und Rückstromleitungsabschnitt (7) im Wesentlichen orthogonal zu einer Durchflussrichtung des Leitungsmediums oder zu einer Leitungsachse von einem Umgebungsmedium nicht unmittelbar vollständig oder nur teilweise unmittelbar umgeben werden kann.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leitung (1) zumindest zum Teil aus einem elastischen oder flexiblen Material hergestellt ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung (1) ein proximales Ende und ein entgegengesetztes distales Ende (8) aufweist, wobei die Leitung (1) am distalen Ende (8) frei beweglich ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am distalen Ende (8) der Leitung (1) ein Ballastelement angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das proximale Ende der Leitung (1) offen ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung (1) am proximalen Ende einen Leitungseingang zum Einleiten des Leitungsmediums und einen Leitungsausgang zum Entnehmen des Leitungsmediums aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das distale Ende (8) der Leitung (1) geschlossen ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Zustromleitungsabschnitt (2) und Rückstromleitungsabschnitt (7) einander umschließend oder benachbart nebeneinander angeordnet sind.
System zur Wärmeübertragung mit mindestens zwei Wärmeübertragern nach Anspruch 1, wobei der Zustromleitungsabschnitt (2) der Leitung (1) eines ersten Wärmeübertragers mit einer als Verteiler ausgebildeten Zuleitung (4) in Fluidverbindung steht, und der Rückstromleitungsabschnitt (7) der Leitung (1) des ersten Wärmeübertragers mit einer als Sammler ausgebildeten Ableitung (5) in Fluidverbindung steht.
System nach Anspruch 10, wobei die Zuleitung (4) mit der Ableitung (5) nur über die mindestens zwei Wärmeübertrager in Fluidverbindung steht.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei der Zustromleitungsabschnitt (2) der Leitung (1) jedes ersten Wärmeübertragers an der Zuleitung (4) und der Rückstromleitungsabschnitt (7) der Leitung (1) jedes ersten Wärmeübertragers an der Ableitung (5) fixiert ist.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Umgebungsmedium ein Gas, beispielsweise Abluft, oder eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, oder Abwasser, oder Meerwasser, oder Grubenwasser oder Sole ist, wobei die Flüssigkeit optional verschmutzt und/oder aggressiv ist.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Umgebungsmedium ein Feststoff (10) ist oder mindestens ein Feststoff-Element umfasst, beispielsweise eine Fußbodenheizung, oder eine Kühldecke, oder ein Erdreichabsorber.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Zuleitung (4) und die Ableitung (5) jeweils als Sammelleitungen für eine Vielzahl von ersten Wärmeübertragern ausgebildet sind.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei an einem distalen Ende (8) des ersten Wärmeübertragers mindestens ein zweiter Wärmeübertrager hydraulisch oder pneumatisch in Serie schaltbar ist.
System nach Anspruch 16, wobei die Wärmeübertragung zwischen dem Leitungsmedium, welches den ersten und/oder den zweiten Wärmeübertrager durchströmt, und dem Umgebungsmedium, in welches der erste und/oder der zweite Wärmeübertrger eingebracht wird, möglich ist.
Verfahren zum Austauschen von Wärme zwischen einem Leitungsmedium und einem Umgebungsmedium mittels eines Wärmeübertragers, welcher mindestens eine Leitung (1), durch welche ein Leitungsmedium geführt werden kann, umfasst, – wobei das Leitungsmedium in einem als Zustromleitungsabschnitt (2) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Hinströmen und in einem als Rückstromleitungsabschnitt (7) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Rückströmen geführt werden kann, – wobei die Leitung (1) zumindest zum Teil, in einem Transferbereich der Leitung (1), in ein Umgebungsmedium zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium eingebracht werden kann, – wobei die Leitung (1) im Transferbereich so ausgebildet ist, dass der Zuströmleitungsabschnitt (2) und der Rückstromleitungsabschnitt (7) nebeneinander oder ineinander angeordnet und, sofern nebeneinander angeordnet, im Wesent lichen durchgehend miteinander verbunden sind, so dass die Leitung (1) im Transferbereich eine durchgehende Außenfläche bildet, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: a) Einbringen des Transfersbereichs der Leitung (1) in das Umgebungsmedium; b) Durchströmen der Leitung (1) mit dem Leitungsmedium; c) Austauschen von Wärme zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Rückstromleitungsabschnitt (7) im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zum Zustromleitungsabschnitt (2) durchströmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei sich der Wärmeübertrager an einem distalen Ende (8) frei bewegt und sich flexibel an den zeitlich und örtlich wechselnden Strom des Umgebungsmediums anschmiegt.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers, welcher mindestens eine Leitung (1), durch welche ein Leitungsmedium geführt werden kann, umfasst, – wobei das Leitungsmedium in einem als Zustromleitungsabschnitt (2) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Hinströmen und in einem als Rückstromleitungsabschnitt (7) ausgebildeten Teilstück der Leitung (1) zum Rückströmen geführt werden kann, – wobei die Leitung (1) zumindest zum Teil, in einem Transferbereich der Leitung (1), in ein Umgebungsmedium zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe zwischen dem Leitungsmedium und dem Umgebungsmedium eingebracht werden kann, – wobei die Leitung (1) im Transferbereich so ausgebildet ist, dass der Zustromleitungsabschnitt (2) und der Rückstromleitungsabschnitt (7) nebeneinander oder ineinander angeordnet und, sofern nebeneinander angeordnet, im Wesentlichen durchgehend miteinander verbunden sind, so dass die Leitung (1) im Transferbereich eine durchgehende Außenfläche bildet. wobei folgender Schritt ausgeführt wird: f) Herstellen der Leitung (1) aus einem flexiblen Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Leitung (1) mit Hilfe einer Technologie zur Herstellung von Kunststoff-Kapillarmatten in weiterentwickelter Form hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei vor der Ausführung des Schritts f) Herstellen der Leitung (1), folgender Schritt ausgeführt wird: e) Ermittlung der Leitungsabmessungen mit Hilfe eines thermodynamischen und/oder pneumatischen und/oder mechanischen Simulationsmodells.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei mit Hilfe des Simulationsmodells eine Optimierung der Leitungsabmessungen unter folgenden Randbedingungen durchgeführt wird: Maximale wärmetechnische Effizienz, minimaler hydraulischer Druckverlust, maximale mechanische Flexibilität, und minimaler Materialeinsatz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 24, wobei der Zustromleitungsabschnitt (2) der Leitung (1) mit einer Zuleitung (4) in Fluidverbindung steht, der Rückstromleitungsabschnitt (7) der Leitung (1) mit einer Ableitung (5) in Fluidverbindung steht, und wobei nach der Ausführung des Schritts g) Hermetisches Fügen folgende Schritte ausgeführt werden: g) Hermetisches Fügen des Zustromleitungsabschnitts (2) an die Zuleitung (4) mittels Schweißen; h) Hermetisches Fügen des Rückstromleitungsabschnitts (7) an die Ableitung (5) mittels Schweißen.