DE2640955A1 - Einrichtung zur leitung eines als waermeenergietraeger geeigneten mediums zu einer verbraucherstelle und zur zufuehrung anderer energie in dieses medium zwecks erhoehung der gesamtwaermeenergie dieses mediums - Google Patents

Description

PATE NTaM WALTE DiPL.-iNc. PETER-C. SROKA dr.-ing. ERNST STRATMAN N

DOMIN1KANERSTR. 37 -» J "~ SC H ADOW PLATZ 9

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AMTWORT NACH POSTFACH 728 4000 DÜSSELDORF 1 ERBETEN

10. September 1976

HEN:

,NZEiCHEN: 1-4694 - 14/13

IHR ZEICHEN: Ml

Dätwyler AG
Schweizerische Kabel-, Gummi- und Kunststoffwerke

Altdorf / Schweiz

Einrichtung zur Leitung eines als Wärmeenergieträger geeigneten Mediums zu einer Verbraucherstelle und zur Zuführung anderer Energie in dieses Medium zweck Erhöhung der Gesamtwärmeenergie dieses Mediums

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Leitung eines als Warmeenergieträger geeigneten Mediums zu einer Verbraucherstelle und zur Zuführung anderer Energie in dieses Medium zwecks Erhöhung der Gesamtwärmeenergie dieses Mediums.

Die Verwendung von Warmwasser für die Beheizung von größeren Flächen (Fußböden, Vorplätze, Einfahrten usw.), welche dann diese Wärme an den Raum abgeben, wie dies bei Zentralheizungen der Fall ist, oder welche diese Wärme frei abstrahlen, sowie die Aufheizung von sog. Brauchwasser für industrielle, gewerbliche und für Haushaltzwecke bringt jedesmal die Frage

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nach der wirtschaftlichsten Wärmeerzeugung mit sich. Die Aufheizung des Wassers und die Versorgung der zu beheizenden Verbraucher mit diesem Warmwasser muss bei der Erstellung von 3auten und Anlagen von Anfang an geplant werden. Oft kann jedoch der Fall eintreten, dass ein bestimmtes Heizsystem aus zahlreichen Gründen sich nicht mehr als so wirtschaftlich oder so zweckmässig erweist wie zur Zeit seiner Planung oder Ausführung. Ein Beispiel hiefür sind diejenigen traditionellen Oelzentralheizungen, die noch einen Warmwasserboiler einschliessen, welcher das ganze Jahr betrieben wird; die Verteuerung des Heizmaterials, hier also des OeIs, hat oft die Kostenrechnung solcher Heizungen nachteilig beeinflusst, sodas s man nach anderen Energieformen Ausschau gehalten hat.

Die Warmwasseraufbereitung mittels Elektrizität zu den eingangs erwähnten Verwendungszwecken oder auch zur Heizung ist heute angesichts des ständig steigenden Energiebedarfes ebenfalls nicht mehr so problemlos in bezug auf Kosten und Energieversorgung wie früher; auch bei der Energieversorgung können sich Engpässe abzeichnen. Die verschiedentlich schon im Betrieb befindlichen Anlagen zur Ausnutzung der Sonnenenergie (Solarwärmeanlagen) sind, obwohl sie die billigste zur Verfügung stehende Energie ausnützen, wenigstens bis jetzt nur in besonders geeigneten Gebieten wirtschaftlich betreibbar; sie können vor allem auch aus meteorologischen Gründen nie als alleinige Wärmequelle in Frage kommen. Zuverlässiger in dieser Hinsicht ist die Ausnutzung von Erdwärme (heisse Quellen etc.), die jedoch nur an bestimmten Orten zur Verfügung steht. Bekannt ist auch die Aufheizung von Wasser in sog. Wärmepumpen, welche die Wärme entweder.einem strömenden Medium, wie Quell-, Flusswasser oder auch aus der Luft entnehmen oder welche die natürliche Erd- oder Grundwärme ausnützen; solche Anlagen eignen sich aber nur für grosse Objekte.

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Es ist jedoch beim Erstellen eines Gebäudes oder einer Anlage unwirtschaftlich, diese Ungewissheit über die in der Zukunft je nach Zeitperiode wirtschaftlichste Wärmeenergiequelle dadurch zu umgehen, dass man getrennt nebeneinander verlaufende Einrichtungen für den Transport verschiedener Wärmeenergieträger, also beispielsweise elektrische Kabel und Leitungen für mit thermischer Energie aufgeheiztes Wasser, vorsieht.

Eine solche doppelte Anordnung wirkt wegen der doppelten Verlegungsarbeit selbst dann kostenverteuernd, wenn bereits feststeht, dass innerhalb kurzer Zeitperiode, beispielsweise innerhalb 24 Stunden, regelmässig die eine und dann wieder die andere Energiequelle am wirtschaftlichsten arbeitet, beispielsweise weil elektrische Energie in den tarifgünstigsten Zeiten vorübergehend billiger zu stehen kommt als die Wärmeenergie aus einer konventionellen thermischen Heizeinrichtung.

Hier setzt die Erfindung ein. Sie bezweckt, zu vermeiden, dass der Wärmeenergieträger für das zu beheizende Objekt von Anfang an festgelegt werden muss; vielmehr soll bezweckt werden, eine Einrichtung zur Wärmeenergieversorgung des Verbrauchers zu schaffen, an welche ohne Schwierigkeiten die jeweils günstigste Energiequelle, nach Bedarf auch mehr als eine solche, anschliessbar ist bzw. sind.

Diese Einrichtung der/eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass sie als ein zur Leitung von einer als Wärmeträger geeigneten Flüssigkeit bestimmtes Rohr ausgebildet ist, das wenigstens zum Teil aus einer elektrisch halbleitenden und wärmeresistenten Schicht besteht.

Eine solche Einrichtung kann, da sie zum Anschluss an praktisch alle in Frage kommenden Energiequellen geeignet ist, in grossen Längen und damit trotz ihres im Vergleich zu konventionellen

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Einrichtungen etwas aufwendigeren Aufbaus preisgünstig hergestellt werden.

Diese halbleitende Schicht kann verschieden ausgeführt sein. Sie kann beispielsweise aus einem geeigneten extrudierbaren Kunststoff, vorzugsweise aus einem Polymer und einem Harz auf der Basis ungesättigter Kohlenwasserstoffe bestehen, welche Mischung mit Russ, Graphit und/oder Metallpulvern halbleitend gemacht wird. Die Schicht kann auch ein leitender Lack sein, der eine Dispersion von Russ, Graphit oder Metallpulver in einer Lösung eines organischen Bindemittels ist, oder sie kann eine Folie aus elektrisch leitendem Kunststoff sein, wobei die Verfahren um Aufbringen der Schicht auf ein isolierendes Rohr bekannt sind.

Vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung in Form eines Rohres, das ausschliesslich aus einer elektrisch halbleitenden Schicht 1 besteht. Das Rohr kann wie ein gewöhnliches Leitungsrohr beispielsweise zur Leitung von warmem oder kaltem Wasser verwendet und entsprechend angeschlossen werden. Dank der halbleitenden Schicht ist es möglich, beispielsweise kaltes Wasser im Rohr zu erwärmen oder bereits warmes Wasser mindestens auf seiner Temperatur zu halten, wenn die halbleitende Schicht an eine elektrische Stromquelle angeschlossen wird. Die aufgenommene Wärmeenergie pro Zeiteinheit kann wie folgt berechnet werden:

Der elektrische Widerstand R eines Körpers, z.B. eines Drahtes oder einer Halbleiterschicht, mit konstantem Querschnitt ist bestimmt durch die Gleichung

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2 5 = Spezifischer Widerstand (Ohm · mm /m) L = Länge

A = Querschnitt

Im Körper wird die elektrische Leistung durch diesen Widerstand in eine Wärmeleistung umgesetzt, wobei die elektrische Leistung P durch die Formel P = U.I. gegeben ist. Unter Verwendung des ohmschen Gesetzes I = U/R ergibt sich für die Wärmeleistung folgende Gleichung

« U² . .

S-L

Diese Wärmeleistung hat eine Temperaturerhöhung des Körpers, bei der vorliegenden Erfindung also der Rohrwand bzw. des durch das Rohr zirkulierenden Wassers zur Folge.

Zu beachten ist, dass die Wärmeleistung quadratisch mit der Spannung zunimmt, sodass höhere Spannungen eine wesentlich grössere Wärmeleistung ergeben als niedrige.

Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Teil des Rohres bereits mit einem Band 2, das aus Folie bestehen kann, umwickelt. Dieses muss schwarz sein und es wird dort verwendet, wo das Rohr durch einen sog. Sonnenkollektor hindurchgeführt wird, in welchem es mittels Sonnenenergie (Solarwärme) aufgeheizt wird. Der Bedingung, dass das Band schwarz sein muss, liegt folgende Ueberlegung zugrunde. Bei der Absorption der auf einen Körper auftreffenden Strahlung wird die Strahlungsenergie in Wärmeenergie umgesetzt. Je nach Farbe und Beschaffenheit des Körpers wird ein grösserer oder kleinerer Anteil der auf ihn einfallenden Strahlung absorbiert. Es ist nun bekannt, dass ein schwarzer Körper diese Strahlung fast vollständig absorbiert. Ein mit schwarzer Folie umwickeltes Rohr wirkt also wie ein sog. idealer Absorber. Versuche haben ergeben, dass im Rohr Wasser-

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temperaturen bis zu 50 C ohne weiteres erreichbar sind. Dasselbe erreicht man übrigens auch, wenn die elektrisch halbleitende Schicht 1 bereits schwarz gefärbt ist, mindestens an ihrer Oberfläche, sodass dann auf die Folie verzichtet werden kann.

Es ist natürlich auch denkbar, ein Rohr herzustellen, welches nur zum Teil aus halbleitender Schicht besteht, sodass also Abschnitte aus einer solchen Schicht mit Abschnitten aus anderen Materialien abwechseln. Massgebehd hiefür ist jedoch die vorgesehene Verwendung und der Fabrikationsaufwand; im allgemeinen wird man das Rohr durchgehend aus demselben Material, also aus der halbleitenden Schicht, herstellen und dann an Ort und Stelle auf die gewünschte Länge zuschneiden.

Fig. 2 zeigt ein Rohr, bei welchem nur ein Teil des Rohrquerschnittes aus elektrisch halbleitendem Material besteht. Der innerste, wasserführende Teil 3 des Querschnittes besteht aus Kunststoff, der von der halbleitenden Schicht 1 umgeben ist. Diese ist ihrerseits von einem Rohrmantel 4 umgeben, der aus irgendeinem geeigneten Material bestehen kann und die halbleitende Schicht sowohl isoliert als auch gegen mechanische Beschädigungen schützt. Wie die Folie in Fig. 1 muss dieser Rohrmantel schwarz sein.

Das Rohr nach Fig. 3 ist im Prinzip gleich aufgebaut wie das- jenige nach Fig. 2, weist aber noch zwei elektrische Widerstandsdrähte 5, 6 auf. Diese verlaufen parallel zur Längsachse des Rohres und können von der halbleitenden Schicht durch eine Isolierschicht 7 getrennt sein. Soll die Heizleistung des Widerstandsdrahtes pro Längeneinheit des Rohres vergrössert werden, kann man wenigstens einen dieser Drähte, z.B. den Draht 6, gemäss Fig. 4 um den Teil 3 herum wendeln.

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Mit Rohren dieser Art ist es nun möglich, verschiedene Energiequellen entweder zu kombinieren, sie einzeln zu benützen oder bei einer Aenderung der Betriebsbedingungen die eine Energiequelle durch eine andere zu ersetzen. So kann entweder kaltes Wasser oder ein anderer Wärmeträger wie z.B. Wasser mit Frostschutz, Glykol, eine Salzlösung oder eine halbleitende Flüssigkeit durch die zugeführte elektrische Energie aufgewärmt werden, ebenso auch durch Führung des Rohres durch einen Sonnenkollektor hindurch, oder es kann bereits warmes Wasser, das in einer ersten Wärmequelle, beispielsweise in einem Elektroboiler oder in einem Zentralheizungsofen aufgewärmt worden ist, durch die über die halbleitende Schicht und/oder den Drähten zugeführte elektrische Energie weiter aufgeheizt oder mindestens während der Leitung zum Verbraucher auf seiner Temperatur gehalten werden. Das Einbeziehen eines Sonnenkollektors bei günstiger Witterung ist ebensoleicht möglich wie der Einsatz einer Wärmepumpe, wenn der Sonnenkollektor nicht benutzbar ist. Es sind hier zahlreiche Möglichkeiten realisierbar, die im einzelnen nicht erwähnt zu werden brauchen. In jedem Fall wird durch die bereits verlegte, verschiedenartig benutzbare Einrichtung die volle Freizügigkeit in der Wahl der jeweils günstigsten Wärmeenergiequelle zu jeder Zeit gewährleistet.

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AO. Leerseite

Claims (10)

1. Patentansprüche

   Einrichtung zur Leitung eines als Wärmeenergieträger geeigneten Mediums zu einer Verbraucherstelle und zur Zuführung anderer Energie in dieses Medium zwecks Erhöhung der Gesamtwärmeenergie dieses Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ein zur Leitung von einer als Wärmeträger geeigneten Flüssigkeit bestimmtes Rohr ausgebildet ist, das wenigstens zum Teil aus einer elektrisch halbleitenden und wärmeresistenten Schicht besteht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Rohrquerschnittes aus einem elektrisch halbleitenden Material besteht.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr ausschliesslich aus elektrisch halbleitendem Material besteht.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeitsleitende Teil des Rohrquerschnittes aus Kunststoff besteht, der von einer Schicht aus dem elektrisch halbleitenden Material umgeben ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht von einem schwarzen Rohrmantel umgeben ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem flüssigkeitsleitenden Teil und der Schicht aus elektrisch halbleitendem Material wenigstens ein elektrischer Widerstandsdraht eingelegt ist, der durch eine Isolierschicht von der Schicht getrennt sein kann.

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   INSPECTED

   " t " 26A0955
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht um den flüssigkeitsleitenden Teil herum gewendelt ist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht parallel zur Rohrachse verläuft.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Material wenigstens an der Oberfläche der Schicht schwarz gefärbt ist.
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr aussen mit schwarzer Folie umwickelt ist.

    1.9.1976
    Sb/dh/li

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