DE102020114925A1 - Device and method for heating a fluid - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids als Wärmeträger, mit einer Fluidleitung (2), welche durch das Fluid durchströmt wird, wobei entlang der Fluidleitung (2) ein elektrisch aufheizbares Heizelement (4) an der Fluidleitung (2) angrenzt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (2) und das darin fließende Fluid mittels eines elektrischen Heizelements (4) bis zu einer Schaltschwelle beheizt wird.The invention relates to a device for heating a fluid as a heat carrier, having a fluid line (2) through which the fluid flows, an electrically heatable heating element (4) adjoining the fluid line (2) along the fluid line (2). The method according to the invention is characterized in that the fluid line (2) and the fluid flowing therein are heated up to a switching threshold by means of an electrical heating element (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erwärmung eines Fluids und findet insbesondere für die Gebäudetechnik Anwendung.The invention relates to a device and a method for heating a fluid and is used in particular for building technology.

Strom wird heutzutage mit steigendem Anteil mittels erneuerbarer Energien gewonnen. Dies umfasst insbesondere Solarenergie und Windenergie. Die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie in Form von Strom erfolgt mittels Solarzellen. Das Verfahren wird als Photovoltaik, die entsprechenden Anlagen als Photovoltaikanlagen bezeichnet. Die Vorrichtungen zur Gewinnung von elektrischer Energie in Photovoltaikanlagen werden als Solarmodule bezeichnet.Nowadays, an increasing proportion of electricity is generated using renewable energies. This particularly includes solar energy and wind energy. The direct conversion of sunlight into electrical energy in the form of electricity takes place using solar cells. The process is referred to as photovoltaics, the corresponding systems as photovoltaic systems. The devices for generating electrical energy in photovoltaic systems are called solar modules.

Aus der Druckschrift DE 10 2009 016 618 B3 ist ein Absorber für einen Solarkollektor und zugehörigen Solarkollektor bekannt. Der Solarkollektor zur solarthermischen Energiegewinnung weist einen Absorber auf, der thermisch mit einem Fluidleitungssystem gekoppelt ist. Dabei wird absorbierte Wärme an ein Transportfluid abgegeben. Gemäß der Druckschrift besteht der Absorber wenigstens teilweise aus einem Kunststoff, wobei in dem Kunststoff Nanoröhren eingebracht sind. Durch die Nanoröhren wird die elektrische Leitfähigkeit erhöht, wobei diese aus Kohlenstoff hergestellt sind. Für den Kunststoff werden bevorzugt Polyphenylensulfid, Polyamid oder Polycarbonat, oder eine Kombination dieser Kunststoffe verwendet.From the pamphlet DE 10 2009 016 618 B3 an absorber for a solar collector and associated solar collector is known. The solar collector for solar thermal energy generation has an absorber which is thermally coupled to a fluid line system. The absorbed heat is transferred to a transport fluid. According to the publication, the absorber consists at least partially of a plastic, with nanotubes being introduced into the plastic. The electrical conductivity is increased by the nanotubes, which are made of carbon. Polyphenylene sulfide, polyamide or polycarbonate, or a combination of these plastics, are preferably used for the plastic.

Ein Sonnenkollektor in Form einer Vorrichtung zum Sammeln von Solarenergie in Form von Wärme wird in de Druckschrift DE 699 03 533 T2 beschrieben. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Solarpanels beschrieben. Das Solarpanel umfasst eine Frontplatte die in Richtung der Sonne ausgerichtet ist, eine wärmeisolierende Schicht, die an der Rückseite der Frontplatte angeordnet ist sowie ein Rohrbündel für den Umlauf eines Wärmeträgerfluids. Das Rohrbündel ist mittels einer wärmeleitenden Bahn mit der Frontplatte in Verbindung. Das Rohrbündel ist mit einem Behälter in Form eines Speichers verbunden.A solar collector in the form of a device for collecting solar energy in the form of heat is disclosed in de publication DE 699 03 533 T2 described. A method for manufacturing a solar panel is also described. The solar panel comprises a front plate which is aligned in the direction of the sun, a heat-insulating layer which is arranged on the rear side of the front plate and a tube bundle for the circulation of a heat transfer fluid. The tube bundle is connected to the front panel by means of a thermally conductive sheet. The tube bundle is connected to a container in the form of a memory.

In der Druckschrift DE 103 61 523 A1 wird eine Heizvorrichtung beschrieben. Es wird eine Heizvorrichtung mit einem insbesondere als Carbonfasern ausgeführten Heizfaden offenbart, der entweder von einem Rohr, Schlauch oder Mantel zumindest teilweise umgeben ist oder von einem Rohr, Schlauch oder Mantel und einem darin enthaltenen wärmeleitenden Medium umgeben ist, und wobei entweder das Rohr, der Schlauch oder der Mantel oder das Medium elektrisch leitfähig sind.In the pamphlet DE 103 61 523 A1 a heater is described. A heating device is disclosed with a heating filament designed in particular as carbon fibers, which is either at least partially surrounded by a pipe, hose or jacket or is surrounded by a pipe, hose or jacket and a thermally conductive medium contained therein, and either the pipe, the The hose or the jacket or the medium are electrically conductive.

Die Druckschrift DE 10 2007 048 460 B4 offenbart eine Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie, mit einem, Solarenergie aufnehmenden und an ein Wärmeträgermedium übertragenden, Photothermie-Kollektor und einem Wärmetauscher, der über einen Kreislauf mit dem Kollektor verbunden ist.The pamphlet DE 10 2007 048 460 B4 discloses a device for generating solar energy, with a photothermal collector which absorbs solar energy and transfers it to a heat transfer medium, and a heat exchanger which is connected to the collector via a circuit.

Ein Solarkollektor, ein Verbund-System und eine Solaranlage sind aus der Druckschrift DE 10 2010 060 289 A1 bekannt. Es wird ein Solarkollektor zum Umwandeln elektromagnetischer Strahlungsenergie in Wärmeenergie beschrieben, wobei der Solarkollektor als ein Flach- oder ein Rohrkollektor mit oder ohne einer Strahlen-Fokussiereinrichtung ausgebildet ist. Der Solarkollektor weist einen Strahlungs-Absorber mit zuführenden und abführenden Wärmeleitungen auf.A solar collector, a composite system and a solar system are from the publication DE 10 2010 060 289 A1 known. A solar collector for converting electromagnetic radiation energy into thermal energy is described, the solar collector being designed as a flat or tubular collector with or without a beam focusing device. The solar collector has a radiation absorber with incoming and outgoing heat pipes.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erwärmung eines Fluids zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und eine hohe Effizienz hat.The object of the invention is to develop a device and a method for heating a fluid which has a simple structural design and is highly efficient.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten und zwölften Patentanspruchs gelöst.This object is achieved with the characterizing features of the first and twelfth patent claims.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements result from the subclaims.

Es wird eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids als Wärmeträger, mit einer Fluidleitung beschrieben, welche durch das flüssige oder gasförmige Fluid durchströmt wird, wobei entlang der Fluidleitung ein elektrisch aufheizbares Heizelement an der Fluidleitung angrenzt. Die Fluidleitung kann mit einem Speicher verbunden sein. Das Fluid weist einen flüssigen oder gasförmigen Aggregatszustand auf.A device for heating a fluid as a heat carrier is described with a fluid line through which the liquid or gaseous fluid flows, an electrically heatable heating element adjoining the fluid line along the fluid line. The fluid line can be connected to a reservoir. The fluid has a liquid or gaseous state of aggregation.

Das sich zumindest bereichsweise entlang der Fluidleitung erstreckende Heizelement ist bevorzugt in Form einer stromführenden Ummantelung mit Heizfunktion ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die Fluidleitung vollständig von dem Heizelement ummantelt.The heating element, which extends at least in regions along the fluid line, is preferably designed in the form of a current-carrying sheath with a heating function. The fluid line is particularly preferably completely encased by the heating element.

Die Ummantelung ist in Form einer Beschichtung, einer Metalllegierung oder in Form eines Geflechts ausgebildet und weist im Falle eines Geflechts stromführende Fasern auf. The sheathing is designed in the form of a coating, a metal alloy or in the form of a braid and, in the case of a braid, has current-carrying fibers.

Diese Fasern werden mittels Stroms erwärmt und übertragen diese Wärme in Form eines Wärmeübergangs auf die Fluidleitung. Ist die Ummantelung in Form eines Geflechts ausgebildet, ist dieses bevorzugt ein Rundstrick-Geflecht. In einer alternativen Ausgestaltung werden die stromführenden Fasern auf die Fluidleitung aufgeklebt. Die Fasern können in einem ersten Verfahrensschritt auf die Fluidleitung geklebt, wobei in einem zweiten Schritt die Fluidleitung entsprechend den Anforderungen gebogen wird.These fibers are heated by means of electricity and transfer this heat in the form of a heat transfer to the fluid line. If the sheathing is in the form of a braid, this is preferably a circular knit braid. In an alternative embodiment, the current-carrying fibers are glued onto the fluid line. The fibers can be glued to the fluid line in a first process step, the fluid line being bent according to the requirements in a second step.

Die stromführenden Fasern werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus Carbon, Basalt, Glasfaser, Flachs, Naturfasern oder einer Kombination der genannten Materialien gebildet. Die Fluidleitung ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und weist an der Innenwandung eine Isolierung auf. Des Weiteren ist die Fluidleitung bevorzugt in einem Gehäuse mäanderförmig in einer Isolierung eingebettet. So wird ein Kurzschluss zwischen den einzelnen Teilbereichen vermieden.In an advantageous embodiment, the current-carrying fibers are formed from carbon, basalt, glass fiber, flax, natural fibers or a combination of the materials mentioned. The fluid line is preferably made of copper and has insulation on the inner wall. Furthermore, the fluid line is preferably embedded in a housing in a meandering shape in an insulation. This avoids a short circuit between the individual sub-areas.

Das elektrische Heizelement wird mit Strom aus Solarenergie, Windkraft, Erdwärme oder einem Netzanschluss gespeist, wobei bevorzugt Solarenergie Anwendung findet.The electrical heating element is fed with electricity from solar energy, wind power, geothermal energy or a grid connection, with solar energy preferably being used.

Die Sonnenenergie wird mittels eines Solarmoduls einer Photovoltaikanlage aufgenommen, wobei das Solarmodul mit dem Heizelement verschaltet ist. Besonders bevorzugt ist die Fluidleitung in der Isolierung mäanderförmig unter dem Solarmodul angeordnet, so dass kompaktere Abmessungen umsetzbar sind. Das Solarmodul erstreckt sich über die gesamte Breite der Vorrichtung und kann mit weiteren Solarmodulen verschaltet sein. Die Vorrichtung weist einen Einlauf und einen Auslauf auf und ist mittels der Fluidleitung mit einem Pufferspeicher verbunden.The solar energy is absorbed by means of a solar module of a photovoltaic system, the solar module being connected to the heating element. The fluid line is particularly preferably arranged in the insulation in a meandering shape below the solar module, so that more compact dimensions can be implemented. The solar module extends over the entire width of the device and can be connected to other solar modules. The device has an inlet and an outlet and is connected to a buffer store by means of the fluid line.

Die Steuerung der Vorrichtung erfolgt an der Vorrichtung oder dem Solarmodul oder mittels einer externen Steuerungseinrichtung. Die Steuerung kann auch mehrere verschaltete Vorrichtungen vernetzt schalten. Je nach Heizleistung des Heizelements kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung Dampf in den Fluidleitungen erzeugt werden, wobei Temperaturen von über 230 °C möglich sind. So ist eine Nutzung als Heizkörper ebenfalls denkbar.The device is controlled on the device or the solar module or by means of an external control device. The control can also switch several interconnected devices in a network. Depending on the heating power of the heating element, steam can be generated in the fluid lines by means of the device according to the invention, temperatures of over 230 ° C. being possible. Use as a radiator is also conceivable.

Das Solarmodul ist bevorzugt mit einem Energiespeicher verbunden, so dass überschüssige Energie gespeichert wird und später abrufbar ist. Alternativ kann die erzeugte und nicht benötigte Energie in das Stromnetz eingespeist werden.The solar module is preferably connected to an energy store, so that excess energy is stored and can be called up later. Alternatively, the energy that is generated and not required can be fed into the power grid.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft ein Verfahren zur Erwärmung eines Fluids als Wärmeträger, wobei eine Fluidleitung mit einem Speicher, z.B. einem Warmwasserspeicher, verbunden ist. Die Fluidleitung und das darin fließende flüssige oder gasförmige Fluid wird erfindungsgemäß mittels eines elektrischen Heizelements bis zu einer Schaltschwelle beheizt.
Bevorzugt erfolgt ein Abgleich der Temperatur des Fluids in der Fluidleitung mit der Temperatur im Speicher. Erreicht die Temperatur des Fluids in der Fluidleitung eine zuvor festgelegte Temperatur oder überschreitet diese in Form der Schaltschwelle, erfolgt die Schalthandlung.
Das Heizelement wird bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur des Fluids in der Fluidleitung abgeschaltet.The method according to the invention relates to a method for heating a fluid as a heat transfer medium, a fluid line being connected to a store, for example a hot water store. According to the invention, the fluid line and the liquid or gaseous fluid flowing therein are heated up to a switching threshold by means of an electrical heating element.
The temperature of the fluid in the fluid line is preferably compared with the temperature in the store. If the temperature of the fluid in the fluid line reaches a predetermined temperature or exceeds this in the form of the switching threshold, the switching action takes place.
The heating element is switched off when the predetermined temperature of the fluid in the fluid line is reached.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen der Vorrichtung und dem Pufferspeicher ein Wärmetauscher zwischengeschaltet sein.In an advantageous embodiment, a heat exchanger can be interposed between the device and the buffer store.

Das Heizelement wird bevorzugt mittels erneuerbarer Energie, insbesondere mittels Solarenergie, Windkraft oder Erdwärme mit Energie versorgt, wobei auch ein direkter Anschluss an das Stromnetz möglich ist.The heating element is preferably supplied with energy by means of renewable energy, in particular by means of solar energy, wind power or geothermal energy, a direct connection to the power grid also being possible.

Besonders bevorzugt erfolgt die Gewinnung des mittels Solarenergie, wobei die Sonnenenergie mittels eines Solarmoduls aufgenommen wird. Die Fluidleitung und das darin fließende Fluid werden mittels eines elektrischen Heizelements bis zu einer Schaltschwelle beheizt, wobei die elektrische Energie aus dem Solarmodul gewonnen wird. Das Solarmodul ist mit dem Heizelement verschaltet. So kann auch bei schwacher Lichteinstrahlung bereits Strom gewonnen werden, welcher das Fluid aufheizt, wobei dadurch eine erhöhte Effizienz und Energieausnutzung erzielt werden.It is particularly preferable for the to be obtained by means of solar energy, the solar energy being absorbed by means of a solar module. The fluid line and the fluid flowing in it are heated up to a switching threshold by means of an electrical heating element, the electrical energy being obtained from the solar module. The solar module is connected to the heating element. In this way, electricity can be obtained even with weak light irradiation, which heats the fluid, thereby increasing efficiency and energy utilization.

Verfahrensgemäß ist bei Erreichen der Schaltschwelle die darüber hinaus mit dem Solarmodul gewonnene elektrische Energie anderweitig nutzbar. Die elektrische Energie kann vorzugsweise dem Stromnetz und/oder einem Stromspeicher zugeführt werden.According to the method, when the switching threshold is reached, the additional electrical energy obtained with the solar module can be used for other purposes. The electrical energy can preferably be fed to the power grid and / or a power store.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and associated drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine Schnittdarstellung durch eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 eine schematische Draufsicht auf eine Solarmodul,
  • 3 eine Schnittdarstellung einer Fluidleitung mit einem umfangsseitigen Heizelement,
  • 4 eine Schnittdarstellung einer Fluidleitung mit einem bereichsweise an dem Umfang der Fluidleitung angeordneten Heizelement.
Show it:
  • 1 a sectional illustration through a schematic illustration of a device according to the invention,
  • 2 a schematic top view of a solar module,
  • 3 a sectional view of a fluid line with a peripheral heating element,
  • 4th a sectional view of a fluid line with a heating element arranged in some areas on the circumference of the fluid line.

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids als Wärmeträger, wobei die Energieversorgung der Vorrichtung mittels eines Solarmoduls erfolgt. Jedoch sind auch anderweitige Mittel wie Energie aus Wind, Wasser, Erdwärme oder über den Netzanschluss zur Nutzung denkbar.The exemplary embodiment relates to a device for heating a fluid as a heat transfer medium, the device being supplied with energy by means of a solar module. However, other means such as energy from wind, water, geothermal energy or via the grid connection are also conceivable for use.

In 1 und 2 ist eine Schnittdarstellung (1) und eine Draufsicht (2) der schematischen Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie in Form von elektrischer Energie und Wärmeenergie dargestellt. An der Oberseite der Vorrichtung ist ein, Sonnenenergie aufnehmendes Element in Form eines Solarmoduls 1 angeordnet, mittels dessen elektrische Energie in Form von Strom gewonnen wird. Unterhalb des Solarmoduls 1 ist eine mäanderförmig verlegte Fluidleitung 2 angeordnet, die in ein isolierendes Material 3 eingebettet ist. Die Fluidleitung 2 und das isolierende Material 3 werden vollständig von dem darüberliegenden Solarmodul 1 abgedeckt.In 1 and 2 is a sectional view ( 1 ) and a top view ( 2 ) the schematic device for generating solar energy in the form of electrical energy and thermal energy. At the top of the device is a solar energy absorbing element in the form of a solar module 1 arranged, by means of which electrical energy is obtained in the form of electricity. Below the solar module 1 is a meandering fluid line 2 arranged in an insulating material 3 is embedded. The fluid line 2 and the insulating material 3 are completely covered by the solar module above 1 covered.

Die Fluidleitung 2 weist zumindest bereichsweise ein sich entlang der Fluidleitung 2 erstreckendes elektrisches Heizelement 4 auf, mittels dessen das Fluid F erwärmbar ist. Das elektrische Heizelement 4 ist mit dem Solarmodul 1 verschaltet derart, dass die elektrische Energie zumindest teilweise dem Heizelement 4 zugeführt wird. An das Heizelement wird dazu eine aus dem Solarmodul 1 zugeführte Spannung angelegt. Vorteilhafter Weise ist an der Innenwandung der Fluidleitung 2 eine hier nicht dargestellte elektrisch isolierende Beschichtung oder eine anderweitige elektrische Isolation angeordnet. Damit wird verhindert, dass Strom auf das fließende Fluid übergehen kann. Die Fluidleitung 2 ist derart gestaltet, dass sie einerseits ein guter Wärmeleiter und andererseits stromisolierend ist.The fluid line 2 has at least in some areas a path along the fluid line 2 extending electrical heating element 4th on, by means of which the fluid F. is heatable. The electric heating element 4th is with the solar panel 1 connected in such a way that the electrical energy is at least partially the heating element 4th is fed. For this purpose, one from the solar module is attached to the heating element 1 applied voltage. It is advantageous for the fluid line to be on the inner wall 2 an electrically insulating coating (not shown here) or some other electrical insulation is arranged. This prevents current from being transferred to the flowing fluid. The fluid line 2 is designed in such a way that it is, on the one hand, a good heat conductor and, on the other hand, it insulates electricity.

Die Erwärmung des Fluids mittels des elektrischen Heizelements 4 erfolgt bis zu einer Schaltschwelle, wobei ein Abgleich der Temperatur des Fluids in der Fluidleitung 2 mit der Temperatur in einem nicht dargestellten Pufferspeicher erfolgt. Bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Fluids in der Fluidleitung 2 wir das Heizelement 4 abgeschaltet. Bei Erreichen der Schaltschwelle ist die darüber hinaus mit dem Solarmodul 1 gewonnene elektrische Energie anderweitig nutzbar und speicherbar. So kann die elektrische Energie dem Stromnetz und/oder einem Stromspeicher zugeführt werden.The heating of the fluid by means of the electrical heating element 4th takes place up to a switching threshold, with a comparison of the temperature of the fluid in the fluid line 2 takes place with the temperature in a buffer storage, not shown. When the fluid in the fluid line reaches a predetermined temperature 2 we the heating element 4th switched off. When the switching threshold is reached, the solar module is also activated 1 Generated electrical energy can be used and stored for other purposes. In this way, the electrical energy can be fed to the power grid and / or a power storage unit.

Die Fluidleitung 2 wird gemäß den 1 bis 3 vollständig von dem Heizelement 4 ummantelt, wobei das Heizelement 4 in Form einer elektrisch leitfähigen bzw. stromführenden Beschichtung, Ummantelung oder eines leitfähigen bzw. stromführenden Geflechts ausgebildet ist. Dafür können in das Geflecht stromführende Fasern eingebracht sein bzw. kann das Geflecht aus einem elektrisch leitfähigen Fasermaterial bestehen. Diese Fasern bzw. das Fasermaterial kann aus Carbon, Basalt, Glasfaser oder einer Kombination der vorgenannten Materialien bestehen bzw. gebildet sein. Die Fluidleitung 2 mit dem darauf angeordneten Heizelement 4 wird mittels eines auf dem Heizelement 4 angeordneten Isolator 5 umschlossen. Die Vorrichtung weist des Weiteren einen Einlauf 6 und einen Auslauf 7 auf, wobei der Einlauf 6 über ein nicht dargestelltes Regelventil steuerbar ist. Die Vorrichtung kann einzeln oder miteinander verschaltet Anwendung finden. Das erwärmte Fluid strömt in einen Pufferspeicher und ist bei Bedarf nutzbar. Bevorzugt erfolgt ein Abgleich der Temperatur des Fluids in der Fluidleitung 2 mit der Temperatur im Pufferspeicher, wobei das Heizelement 4 bei einer vorgegebenen Temperatur des Fluids in der Fluidleitung 2 abschaltet.The fluid line 2 is according to the 1 until 3 completely from the heating element 4th encased, the heating element 4th is designed in the form of an electrically conductive or current-carrying coating, sheathing or a conductive or current-carrying mesh. For this purpose, current-carrying fibers can be introduced into the braid or the braid can consist of an electrically conductive fiber material. These fibers or the fiber material can consist or be formed from carbon, basalt, glass fiber or a combination of the aforementioned materials. The fluid line 2 with the heating element arranged on it 4th is by means of an on the heating element 4th arranged insulator 5 enclosed. The device also has an inlet 6th and an outlet 7th on, being the enema 6th can be controlled via a control valve, not shown. The device can be used individually or connected to one another. The heated fluid flows into a buffer storage and can be used if necessary. The temperature of the fluid in the fluid line is preferably balanced 2 with the temperature in the buffer tank, the heating element 4th at a predetermined temperature of the fluid in the fluid line 2 turns off.

In den 3 und 4 ist eine Schnittdarstellung einer Fluidleitung 2 mit entsprechenden Ummantelungen dargestellt. Die Fluidleitung 2 ist wird von einem fließfähigen Fluid F als Wärmeträger durchströmt. Die innen liegende Fluidleitung 2 wird gemäß 3 von einem Heizelement 4 umfangsseitig umhüllt. Die Umhüllung kann in Form eines Geflechts oder in Form einer Beschichtung oder Ummantelung ausgebildet sein, wobei das Heizelement 4 durch Anlegen einer Spannung mittels elektrischer Energie erwärmbar ist. Die elektrische Energie wird bevorzugt mittels des Solarmoduls erzeugt. Jedoch ist auch die Nutzung von Windenergie oder Energie aus dem Stromnetz denkbar. Das stromdurchflossene Heizelement 4 wird von einem elektrischen Isolator 5 ummantelt.In the 3 and 4th Figure 3 is a cross-sectional view of a fluid conduit 2 shown with corresponding sheaths. The fluid line 2 is is made of a flowable fluid F. flows through as a heat transfer medium. The internal fluid line 2 is according to 3 from a heating element 4th encased on the circumference. The sheath can be designed in the form of a braid or in the form of a coating or sheathing, the heating element 4th can be heated by applying a voltage by means of electrical energy. The electrical energy is preferably generated by means of the solar module. However, the use of wind energy or energy from the power grid is also conceivable. The heating element through which current flows 4th is supported by an electrical insulator 5 encased.

Gemäß 4 ist das Heizelement 4 nur bereichsweise am Umfang der Fluidleitung ausgebildet, wobei hier beispielsweise zwei sich gegenüberliegende Heizelemente 4 vorgesehen sind, die sich entlang der Fluidleitung 2 erstrecken. Auch in Richtung der Längserstreckung der Fluidleitung 2 kann das Heizelement 4 an der gesamten Fluidleitung 2 oder nur an einem Teilabschnitt ausgebildet sein. Die Fluidleitung 2 und das darauf zumindest bereichsweise angeordnete Heizelement 4 werden auch hier von einem elektrisch isolierendem Material in Form eines Isolators 5 vollständig umhüllt.According to 4th is the heating element 4th only partially formed on the circumference of the fluid line, with two opposing heating elements here, for example 4th are provided which extend along the fluid line 2 extend. Also in the direction of the longitudinal extension of the fluid line 2 can the heating element 4th on the entire fluid line 2 or be formed only on a partial section. The fluid line 2 and the heating element arranged thereon at least in some areas 4th are also made of an electrically insulating material in the form of an insulator 5 completely enveloped.

An den Anfang und das Ende der elektrisch leitfähigen Ummantelung (des Heizelements 4) der Fluidleitung 2 wird dabei eine elektrische Spannung angelegt, die bevorzugt durch eine Solar- oder auch Windkraftanlage bereitgestellt wird. Es ist aber auch möglich die Strom/Spannungsbeaufschlagung des Heizelementes 4 durch einen normalen elektrischen Hausanschluss zu realisieren. Durch das Anlegen der Spannung erwärmt sich das elektrisch leitfähige Heizelement 4 und erwärmt die Fluidleitung 2, über welche die Wärme an das Wärmeträgerfluid F übertragen wird, welches die Fluidleitung durchströmt. Das damit erzeugte Warm- oder Heißwasser kann einem Warmwasserspeicher zugeführt werden und aus diesem für die Warmwasserversorgung / Heizung eines Gebäudes verwendet werden.At the beginning and the end of the electrically conductive sheath (of the heating element 4th ) the fluid line 2 an electrical voltage is applied, which is preferably provided by a solar or wind power plant. However, it is also possible to apply current / voltage to the heating element 4th to be realized through a normal electrical house connection. When the voltage is applied, the electrically conductive heating element heats up 4th and heats the fluid line 2 through which the heat is transferred to the heat transfer fluid F. is transmitted, which flows through the fluid line. The warm or hot water thus generated can be fed to a hot water storage tank and used from this for the hot water supply / heating of a building.

Versuche haben überraschender Weise ergeben, dass mit einer derartigen Vorrichtung unter Nutzung eines Solarmoduls zur Stromerzeugung, einer Fluidleitung aus Kupfer, die mit einem elektrisch leitfähigem Material aus Carbonfasern ummantelt ist und eine äußere elektrische Isolierung aufweist, bei einem Wärmeträgerfluid in Form von Wasser Temperaturen von 80°C bis über 200°C erzielt werden konnten.Tests have surprisingly shown that with such a device using a solar module to generate electricity, a fluid line made of copper, which is sheathed with an electrically conductive material made of carbon fibers and has an external electrical insulation, with a heat transfer fluid in the form of water temperatures of 80 ° C to over 200 ° C could be achieved.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SolarmodulSolar module
22
FluidleitungFluid line
33
Isolierendes MaterialInsulating material
44th
Elektrisches HeizelementElectric heating element
55
Isolatorinsulator
66th
Einlaufenema
77th
AuslaufOutlet
FF.
FluidFluid

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009016618 B3 [0003]DE 102009016618 B3 [0003]
  • DE 69903533 T2 [0004]DE 69903533 T2 [0004]
  • DE 10361523 A1 [0005]DE 10361523 A1 [0005]
  • DE 102007048460 B4 [0006]DE 102007048460 B4 [0006]
  • DE 102010060289 A1 [0007]DE 102010060289 A1 [0007]

Claims (16)

Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids (F) als Wärmeträger, mit einer Fluidleitung (2), welche durch das Fluid (F) durchströmt wird, wobei entlang der Fluidleitung (2) ein elektrisch aufheizbares Heizelement (4) an der Fluidleitung (2) angrenzt.Device for heating a fluid (F) as a heat carrier, with a fluid line (2) through which the fluid (F) flows, an electrically heatable heating element (4) adjoining the fluid line (2) along the fluid line (2). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das, sich zumindest bereichsweise entlang der Fluidleitung (2) erstreckende, Heizelement (4) in Form einer stromführenden Ummantelung mit Heizfunktion ausgebildet ist.Device according to Claim 1 , characterized in that the heating element (4) extending at least in some areas along the fluid line (2) is designed in the form of a current-carrying sheath with a heating function. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung in Form einer Beschichtung ausgebildet ist.Device according to Claim 1 and 2 , characterized in that the casing is designed in the form of a coating. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung aus metallischem Material, insbesondere aus einer Metalllegierung ausgebildet ist.Device according to Claim 1 and 2 , characterized in that the sheathing is made from metallic material, in particular from a metal alloy. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung in Form eines Geflechts ausgebildet ist und dass die Ummantelung stromführende Fasern aufweist.Device according to Claim 1 and 2 , characterized in that the sheath is designed in the form of a braid and that the sheath has current-carrying fibers. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stromführenden Fasern aus Carbon, Basalt, Glasfaser oder einer Kombination der genannten Materialien gebildet ist.Device according to Claim 5 , characterized in that the current-carrying fibers are made of carbon, basalt, glass fiber or a combination of the materials mentioned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (2) an der Innenwandung eine Isolierung aufweist.Device according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the fluid line (2) has an insulation on the inner wall. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (2) mäanderförmig ausgebildet ist und dass die Fluidleitung (2) in einem isolierenden Material (3) eingebettet ist.Device according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the fluid line (2) is designed in a meandering shape and that the fluid line (2) is embedded in an insulating material (3). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (4) mit Strom aus Solarenergie, Windkraft, Erdwärme oder einem Netzanschluss gespeist wird.Device according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the electrical heating element (4) is fed with electricity from solar energy, wind power, geothermal energy or a grid connection. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Solarmodul (1) einer Photovoltaikanlage für die Erzeugung des Stroms aufweist und dass das elektrische Heizelement (4) mit dem Solarmodul verschaltet ist.Device according to Claim 9 , characterized in that the device has a solar module (1) of a photovoltaic system for generating the electricity and that the electrical heating element (4) is connected to the solar module. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mittels der Fluidleitung (2) mit einem Pufferspeicher verbunden ist.Device according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the device is connected to a buffer store by means of the fluid line (2). Verfahren zur Erwärmung eines Fluids als Wärmeträger, wobei eine Fluidleitung (2) mit einem Pufferspeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung und das darin fließende Fluid mittels eines elektrischen Heizelements bis zu einer Schaltschwelle beheizt wird.Method for heating a fluid as a heat carrier, wherein a fluid line (2) is connected to a buffer store, characterized in that the fluid line and the fluid flowing therein are heated up to a switching threshold by means of an electrical heating element. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgleich der Temperatur des Fluids in der Fluidleitung (2) mit der Temperatur im Pufferspeicher erfolgt und dass das elektrische Heizelement (4) bei einer vorgegebenen Temperatur des Fluids in der Fluidleitung (2) abschaltet.Procedure according to Claim 12 , characterized in that the temperature of the fluid in the fluid line (2) is compared with the temperature in the buffer store and that the electrical heating element (4) switches off at a predetermined temperature of the fluid in the fluid line (2). Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (4) mittels Solarenergie, Windkraft, Erdwärme oder einem Netzanschluss mit Energie versorgt wird.Procedure according to Claim 12 and 13th , characterized in that the electrical heating element (4) is supplied with energy by means of solar energy, wind power, geothermal energy or a network connection. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (4) mit einem Solarmodul (1) verschaltet ist derart, dass die elektrische Energie zur Erwärmung des elektrischen Heizelements (4) aus dem Solarmodul (1) gewonnen wird und dass bei Erreichen der Schaltschwelle die darüber hinaus mit dem Solarmodul (1) gewonnene elektrische Energie anderweitig nutzbar ist.Method according to one of the Claims 12 until 14th , characterized in that the electrical heating element (4) is connected to a solar module (1) in such a way that the electrical energy for heating the electrical heating element (4) is obtained from the solar module (1) and that when the switching threshold is reached the beyond with the solar module (1) obtained electrical energy can be used for other purposes. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie dem Stromnetz und/oder einem Stromspeicher zugeführt wird.Procedure according to Claim 15 , characterized in that the electrical energy is fed to the power grid and / or a power store.
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