AT508156B1 - Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Wärmetauscher, vorzugsweise Latentwärmetauscher (1), umfassend einen mit einem Speichermedium (3) gefüllten Speicherbehälter (2) innerhalb welchem von einem Wärmeträgermedium (6) durchströmte Rohrstränge (4a-4e) eines ersten Rohrleitungssystems (4) und von einem Sekundärmedium (7) durchströmte Rohrstränge (5a-5e) zumindest eines zweiten Rohrleitungssystems (5) angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an den Außenseiten der Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) Wärmeleitelemente (8, 8') angebracht sind, wobei an den Röhrsträngen (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) angebrachte erste Wärmeleitelemente (8) in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) abstehen und an den Rohrsträngen (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) angebrachte zweite Wärmeleitelemente (8') in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) abstehen. Auf diese Weise kann die Wärmeübertragung zwischen den Rohrleitungssystemen (4) und (5) wesentlich beschleunigt und dadurch die Effizienz gattungsgemäßer Wärmetauscher erhöht werden.

Description

österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, vorzugsweise Latentwärmetauscher, umfassend einen mit einem Speichermedium gefüllten Speicherbehälter, innerhalb welchem von einem Wärmeträgermedium durchströmte Rohrstränge eines ersten Rohrleitungssystems und von einem Sekundärmedium durchströmte Rohrstränge zumindest eines zweiten Rohrleitungssystems angeordnet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Speichereinrichtungen zur Speicherung von Wärme aus Solarkollektoren, Holzkesselanlagen oder anderen Energieträgereinrichtungen sind bereits hinreichend bekannt.

[0003] Die durch die vorliegende Erfindung erzielbaren Vorteile betreffen Wärmetauscher im Allgemeinen, insbesondere jedoch Latentwärmetauscher, anhand deren die Erfindung auch beschrieben ist.

[0004] Latentwärmetauscher sind Wärmespeicher, bei denen Speichermedien zum Einsatz kommen, welche bei Änderung ihres Aggregatzustandes Wärme speichern bzw. abgeben. Die während einer Fest-Flüssig-Umwandlung des Speichermediums auftretende Schmelz- oder Erstarrungswärme wird als latente Wärme bezeichnet.

[0005] Als Speichermedien können hierbei z.B. Paraffine oder Salzhydrate zum Einsatz kommen. Unter Einsatz von Latentspeichermedien ist eine bis zu fünffach höhere Wärmespeicherkapazität als bei mit Wasser betriebenen Speicherbehältern erreichbar.

[0006] Latentwärmetauscher-Anlagen besitzen ein verhältnismäßig geringes Volumen und eine große Energieeffizienz.

[0007] Gattungsgemäße Latentwärmetauscher dienen zur Warmwasserbereitung und/oder zur Heizungsunterstützung. Zumeist werden Latentwärmetauscher von einem mittels Solaranlagen erwärmtem Wärmeträgermedium, üblicherweise Wasser, gespeist. Das heiße Wärmeträgermedium wird in einem ersten Rohrleitungssystem durch einen mit dem (Latent-)Speichermedium gefüllten Speicherbehälter geführt und schmilzt hierbei das zunächst feste Speichermedium. Sobald eine beim Austritt aus dem Speicherbehälter gemessene Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums im Wesentlichen seiner beim Eintritt in den Speicherbehälter gemessenen Vorlauftemperatur entspricht, ist das Speichermedium komplett geschmolzen. Das Speichermedium ist nunmehr mit Wärme aufgeladen, welche zu einerweiteren Disposition bereitsteht.

[0008] Zur Entnahme der mittels des Speichermediums gespeicherten Wärme ist eine von einem Sekundärmedium, zumeist ebenfalls Wasser, durchströmtes zweites Rohrleitungssystem vorgesehen. Das zweite Rohrleitungssystem durchläuft ebenfalls den Speicherbehälter. Das Speichermedium dient somit als Vermittler der Wärme vom ersten auf das zweite Rohrleitungssystem.

[0009] Der Wärmeübergang zwischen den beiden Rohrleitungssystemen vollzieht sich jedoch oft zu langsam und hindert eine zufriedenstellen effiziente Speisung jeweiliger Wärmeverbraucher. Insbesondere bei Latentspeichermedien unterliegt die Wärmeübertragung einer beträchtlichen Trägheit, sodass in vielen Fällen keine zufriedenstellend schnelle Versorgung der Wärmeverbraucher mit ausreichend erwärmtem Sekundärmedium erfolgen kann.

[0010] Wollte man die im Speicherbehälter stattfindende Wärmeübertragung beschleunigen, so müssten die einzelnen Rohrstränge der beiden Rohrleitungssysteme näher zusammengerückt bzw. unter möglichst geringem Abstand nebeneinander vorbeigeführt werden. Dies ergäbe jedoch eine sehr hohe Dichte an Rohrleitungsquerschnitten im Speicherbehälter und ist als unwirtschaftlich anzusehen, abgesehen vom verminderten Volumen, das für das Speichermedium zur Verfügung stehen würde.

[0011] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrleitungssystem zu optimieren und dadurch ein leistungseffizienteres Wärmetauscher-System bereitzustellen. 1/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 [0012] Insbesondere soll die Wärmeübertragung zwischen den Rohrleitungssystemen unter Einsatz eines möglichst geringen Materialaufwands beschleunigt werden.

[0013] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0014] Ein vorzugsweise als Latentwärmetauscher ausgeführter Wärmetauscher umfasst einen mit einem Speichermedium gefüllten Speicherbehälter, innerhalb welchem eine beliebige Anzahl an von einem Wärmeträgermedium durchströmten Rohrsträngen eines ersten Rohrleitungssystems sowie eine beliebige Anzahl an von einem Sekundärmedium durchströmten Rohrsträngen zumindest eines zweiten Rohrleitungssystems angeordnet ist.

[0015] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an den Außenseiten der Rohrstränge Wärmeleitelemente angebracht sind, wobei an den Rohrsträngen des ersten Rohrleitungssystems angebrachte erste Wärmeleitelemente in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge des zweiten Rohrleitungssystems abstehen und an den Rohrsträngen des zweiten Rohrleitungssystems angebrachte zweite Wärmeleitelemente in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge des ersten Rohrleitungssystems abstehen.

[0016] Auf diese Weise kann die Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrleitungssystem wesentlich beschleunigt werden.

[0017] Da zur Optimierung der Wärmeübertragung keine zusätzlichen Rohrstränge eingesetzt werden müssen, sondern lediglich einfach zu fertigende, z.B. aus Blech hergestellte Wärmeleitelemente, kann ein kostengünstiges und dennoch leistungseffizienteres Wärmetauscher-System bereitgestellt werden.

[0018] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ragt jeweils ein Wärmeleitelement eines Rohrstranges des ersten Rohrleitungssystems in ein von zwei benachbarten Wärmeleitelementen eines Rohrstranges des zweiten Rohrleitungssystems eingeschlossenes, offenes Volumen hinein. Zwei Wärmeleitelemente eines Rohrstranges des einen Rohrleitungssystems schließen somit ein Volumen ein, in welches mindestens ein Wärmeleitelement eines Rohrstranges des anderen Rohrleitungssystems hineinragt.

[0019] Durch eine solche Anordnung der Wärmeleitelemente ist eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrleitungssystem gewährleistet.

[0020] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weisen die Rohrstränge der Rohrleitungssysteme einen ringzylindrischen Querschnitt auf, wobei die Wärmeleitelemente tangential an den Außenseiten der Rohrstränge angeordnet sind.

[0021] Fertigungs-, strömungs- und wärmetechnische Vorteile ergeben sich aus bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung.

[0022] So ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass ein von den Rohrsträngen abstehender Schenkelabschnitt eines Wärmeleitelementes - bei Betrachtung des Querschnitts der Rohrstränge entlang der Rohrachse - länger, vorzugsweise um mehr als das Doppelte länger als der Durchmesser bzw. die äußere Breite der Rohrstränge am Anbringungspunkt bzw. -bereich des Wärmeleitelementes ist.

[0023] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleitelemente eines Rohrstranges des ersten Rohrleitungssystems und die benachbarten Wärmeleitelemente eines Rohrstranges des zweiten Rohrleitungssystems -betrachtet in einer orthogonal zu den einander zuweisenden Außenflächen der Wärmeleitelemente verlaufenden Blickrichtung (im Falle von gekrümmten Wärmeleitelementen: orthogonal zu an die Außenflächen der Wärmeleitelemente angelegten Tangentialebenen) - einander um ein Maß überlappen, welches größer, vorzugsweise um mehr als das Doppelte größer als der Durchmesser bzw. die äußere Breite der Rohrstränge am Anbringungspunkt der Wärmeleitelemente ist. Auf diese Weise ist eine optimale Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrleitungssystem gewährleistet. 2/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 [0024] Bei einer alternativen, auf das bereits definierte Volumen bezogenen Betrachtungsweise ragt jeweils ein Wärmeleitelement eines Rohrstranges des ersten Rohrleitungssystems in das von zwei benachbarten Wärmeleitelementen eines Rohrstranges des zweiten Rohrleitungssystems eingeschlossene Volumen um ein Maß hinein, welches größer, vorzugsweise um mehr als das Doppelte größer als der Durchmesser bzw. die äußere Breite der Rohrstränge am jeweiligen Anbringungspunkt bzw. -bereich der Wärmeleitelemente ist.

[0025] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleitelemente eines Rohrstranges des ersten Rohrleitungssystems und die benachbarten Wärmeleitelemente eines Rohrstranges des zweiten Rohrleitungssystems -betrachtet in einer der Rohrachse folgenden Blickrichtung - einander um mehr als ein Viertel, vorzugsweise um mehr als die Hälfte der Querschnittslängserstreckung (d.i. die jeweils längste Seitenlänge des Querschnitts) einer der Wärmeleitelemente überlappen.

[0026] Um eine einfache und raumökonomische Montage der Rohrstränge zu ermöglichen, ist die Querschnittslängserstreckung (die jeweils längste Seitenlänge des Querschnitts) der ersten Wärmeleitelemente vorzugsweise im Wesentlichen genauso groß wie die Querschnittslängserstreckung der zweiten Wärmeleitelemente.

[0027] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass jedes Wärmeleitelement im Wesentlichen mittig an den Außenseiten der Rohrstränge angeordnet sind, sodass die Wärmeleitelemente - bei Betrachtung des Querschnitts der Rohrstränge und in Bezug auf deren Anbringungspunkt bzw. -bereich - jeweils zwei zueinander symmetrische Schenkelabschnitte aufweisen. Die Symmetrieebene zwischen den Schenkelabschnitten wird also durch eine durch den Querschnitt des Rohrstranges sowie orthogonal durch den Querschnitt des diesem Rohrstrang zugeordneten Wärmeleitelementes verlaufende Ebene gebildet.

[0028] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleitelemente eines Rohrstranges des ersten Rohrleitungssystems zu den benachbarten Wärmeleitelementen eines Rohrstränge des zweiten Rohrleitungssystems zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel verlaufen.

[0029] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist jeweils ein Wärmeleitelement eines Rohrstrangs des ersten Rohrleitungssystems zu jedem der zwei benachbarten, das offene Volumen bildende Wärmeleitelementen eines Rohrstrangs des zweiten Rohrleitungssystems um einen orthogonal zu den Außenflächen der Wärmeleitelemente gemessenen Abstand distanziert. Indem die einander überlappenden Wärmeleitelemente voneinander distanziert sind, wird eine optimale Flüssigkeitszirkulation bzw. eine gewünschte Schichtung die Rohrleitungssysteme umgebenden Speichermediums innerhalb des Speicherbehälters ermöglicht.

[0030] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die die zueinander benachbarten ersten und zweiten Wärmeleitelemente einander zumindest abschnittsweise kontaktieren. Durch ein solches kontaktierendes Überlappen kann der Wärmeübergang vom ersten auf das zweite Rohrleitungssystem weiter erhöht werden.

[0031] Gemäß einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rohrstränge des ersten Rohrleitungssystems in mehreren Primärebenen verlaufen und die Rohrstränge des zweiten Rohrleitungssystems in mehreren Sekundärebenen verlaufen, wobei die Primär- und Sekundärebenen abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und vorzugsweise parallel zueinander verlaufen.

[0032] Hierbei können die Primärebenen und die Sekundärebenen im Wesentlichen vertikal oder auch im Wesentlichen horizontal verlaufen. Die jeweils nach spezifischen Anforderungen des Wärmetauschers gewählte Anordnung der Primärebenen und der Sekundärebenen kann eine ideale Schichtung des innerhalb des Speicherbehälters gehaltenen Speichermediums begünstigen.

[0033] Die Wahl eines Abstands zwischen den Primärebenen und den Sekundärebenen be- 3/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 stimmt die für eine gewünschte Wärmeübertragungsleistung erforderliche Größe des Überlappungsmaßes benachbarter Wärmeleitelemente. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wärmetauschers dient jede zweite Rohrleitungsebene einer Entnahme von Wärme aus dem Speicherbehälter bzw. einer Speisung jeweils angeschlossener Wärmenutzungseinrichtungen.

[0034] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung sind die Röhr-stränge innerhalb der Primär-/Sekundärebenen mäanderförmig gewundenen.

[0035] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weisen die mäanderförmig gewundenen Rohrstränge in regelmäßigen Abständen gekrümmte Rohrabschnitte auf, innerhalb welcher die Rohrstränge um 18 0° umgebogen sind, sowie im Wesentlichen lineare, vorzugsweise zueinander parallele Rohrabschnitte, welche die gekrümmten Rohrabschnitte miteinander verbinden, wobei die Wärmeleitelemente an den im Wesentlichen linearen Rohrabschnitten angeordnet sind.

[0036] Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleitelemente, genauer gesagt deren Querschnittlängserstreckungen, gegenüber der Horizontalen geneigt, vorzugsweise um einen Winkel α zwischen 20° und 70° geneigt verlaufen. Diese Maßnahme ermöglicht eine vorteilhafte Anordnung der Rohrleitungssysteme und ein wärmetechnisch günstiges ineinandergreifen benachbarter Wärmeleitelemente des ersten und zweiten Rohrleitungssystems.

[0037] Gemäß einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung sind die Wärmeleitelemente plattenförmig ausgebildet. Die plattenförmigen Wärmeleitelemente sind nicht notwendigerweise eben ausgeführt, sondern können auch eine zumindest abschnittsweise gebogene oder gewinkelte Geometrie aufweisen.

[0038] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt: [0039] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers im

Vertikalschnitt gemäß Schnittlinie B-B in Fig. 2 [0040] Fig. 2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers aus Fig. 1

entlang Schnittlinie A-A

[0041] Fig. 3 eine perspektivische Einzelansicht eines mit Wärmeleitelementen bestückten

Rohrstranges [0042] Fig. 4 eine schematische Detaildarstellung von Wärmeleitelementen benachbarter

Rohrstränge [0043] Fig. 5 eine schematische Detaildarstellung von Wärmeleitelementen benachbarter

Rohrstränge in alternativer Anordnungsvariante [0044] Fig. 6 eine schematische Detaildarstellung von Wärmeleitelementen benachbarter

Rohrstränge in alternativer Anordnungsvariante [0045] Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 in vertikaler Schnittdarstellung.

[0046] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 als Latentwärmetauscher ausgeführt, um eine möglichst hohe Wärmespeicherkapazität bei relativ kleinem Speichervolumen zu ermöglichen.

[0047] Der Wärmetauscher 1 umfasst einen mit einem Speichermedium 3 gefüllten, vorzugsweise aus Edelstahl oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigten Speicherbehälter 2. Als Speichermedium 3 kommt ein gebrauchsübliches Latent Speichermedium, z.B. Natriumacetat zum Einsatz. Das Speichermedium 3 wird über einen Befüllstützen 21 in den Speicherbehälter 2 eingefüllt und kann im Wartungsfalle über einen Entleerungsstutzen 22 aus Speicherbehälter 2 abgelassen werden.

[0048] Durch den Speicherbehälter 2 werden Abschnitte eines ersten Rohrleitungssystems 4 4/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 sowie Abschnitte eines zweiten Rohrleitungssystems 5 hindurchgeführt, und zwar in Form einer jeweils beliebigen Anzahl an in Ebenen geführter Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e, welche z.B. aus Kupfer ausgeführt sind. Als Rohrstrang wird im vorliegenden Zusammenhang jede Rohranordnung verstanden, welche von einer unten noch näher beschriebenen Vorlaufleitung gespeist wird.

[0049] Die Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e können jeweils aus einem oder aus mehreren beliebig konfigurierten Rohrelementen aufgebaut sein. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e mäanderförmig gewunden ausgeführt.

[0050] Wie in einer Seitenansicht gemäß Fig. 2 ersichtlich, weisen die Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e hierbei in regelmäßigen Abständen gekrümmte Rohrabschnitte 13 auf, innerhalb welcher die Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e um 180° umgebogen sind sowie im Wesentlichen lineare Rohrabschnitte 14, welche die gekrümmten Rohrabschnitte 13 der Rohrleitungssysteme 4, 5 miteinander verbinden,sodassder Verlauf eines jeden Rohrstrangs 4a-4e, 5a-5e als mäanderförmig bezeichnet werden kann. Die linearen Rohrabschnitte 14 verlaufen vorzugsweise zueinander parallel.

[0051] Die mäanderförmigen Rohrstränge 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 liegen in Ebenen, im Folgenden Primärebenen 11 genannt. Auch die mäanderförmigen gewundenen Rohrstränge 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 liegen in Ebenen, im Folgenden Sekundärebenen 12 genannt.

[0052] Die Primär- und Sekundärebenen 11, 12 sind abwechselnd nebeneinander angeordnet und verlaufen vorzugsweise parallel zueinander.

[0053] Der Speicherbehälter 2 weist eine Bodenbereich 2a, einen Deckelbereich 2b und einen Mantelbereich 2c auf. Der Speicherbehälter 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen quaderförmig ausgeführt, könnte jedoch auch zylindrisch ausgeführt sein.

[0054] Die Endabschnitte der Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e durchsetzen den Deckelbereich 2b des Speicherbehälters 2, wobei die Rohrstränge 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 an die Wärmezufuhrleitung 15 und die Rohrstränge 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 an die Wärmeentnahmeleitung 16 angeschlossen sind. Die Wärmezufuhrleitung 15 umfasst ebenso wie die Wärmeentnahmeleitung 16 eine Vorlaufleitung 15a bzw. 16a und eine Rücklaufleitung 15b bzw. 16b. Sowohl Wärmezufuhrleitung 15 als auch Wärmeentnahmeleitung 16 sind Bestandteil des Rohrleitungssystems 4 bzw. 5. Die Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e der Rohrleitungssysteme 4 und 5 können selbstverständlich auch in einer anderen Position an die Wärmezufuhrleitung 15 bzw. an die Wärmeentnahmeleitung 16 angebunden sein, z.B. indem sie durch den Bodenbereich 2a oder durch einen Seitenbereich des Speicherbehälters 2 geführt werden. Auch könnten die Rohrleitungssysteme 4, 5 mehrere Vorlaufleitungen 15a, 16a und/oder Rücklaufleitungen 15b, 16b umfassen.

[0055] Das erste Rohrleitungssystem 4 samt der Wärmezufuhrleitung 15 ist von einem Wärmeträgermedium 6, vorzugsweise Wasser, durchströmt. Das zweite Rohrleitungssystem 5 samt der Wärmeentnahmeleitung 16 ist von einem Sekundärmedium 7, vorzugsweise ebenfalls Wasser, durchströmt.

[0056] Das von einer Wärmegewinnungseinrichtung, z.B. einer thermischen Solaranlage oder einem Heizkessel erwärmte Wärmeträgermedium 6 fließt über die Vorlaufleitung 15a der Wärmezufuhrleitung 15 von oben in die an das erste Rohrleitungssystem 4 angeschlossenen, in Primärebenen 11 liegenden Rohrstränge 4a-4e hinein (Pfeilrichtung 17), wird über die mäanderförmigen Rohrstränge 4a-4e bis annähernd zum Bodenbereich 2a des Speicherbehälters 2 geführt und strömt sodann wieder aufwärts in die Rücklaufleitung 15b der Wärmezufuhrleitung 15 (Pfeilrichtung 18), von wo aus sie einer neuerlichen Erwärmung durch die nicht dargestellte Wärmegewinnungseinrichtung zugeführt wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel speist die Vorlaufleitung 15a der Wärmezufuhrleitung 15 fünf mäanderförmige Rohrstränge 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, die in fünf vertikal und parallel nebeneinander angeordneten Primärebenen 11 liegen. 5/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 [0057] Während dieses Durchlaufs des (heißen) Wärmeträgermediums 6 durch den Speicherbehälter 2 wird das bei Inbetriebsetzung der Anlage noch in festem Aggregatzustand befindliche Speichermedium 3 geschmolzen. Der Wechsel des Aggregatzustandes des Speichermediums Natriumacetat von fest zu flüssig liegt bei ca. 59° C. Das Speichermedium 6 wird hierbei mit Wärme aufgeladen, welche von den Rohrsträngen 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 bzw. von dem in diesen zirkulierenden Sekundärmedium 7 aufgenommen wird.

[0058] Das Sekundärmedium 7 fließt über die Vorlaufleitung 16a der Wärmeentnahmeleitung 16 ebenfalls von oben in die Rohrstränge 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 bzw. in die von diesen ausgebildeten Sekundärebenen 12 hinein (Pfeilrichtung 19), wird über die mäanderförmigen Rohrstränge 5a-5e bis annähernd zum Bodenbereich 2a des Speicherbehälters 2 geführt und strömt sodann wieder aufwärts in die Rücklaufleitung 16b der Wärmeentnahmeleitung 16 (Pfeilrichtung 20). Die Rücklaufleitung 16b der Wärmeentnahmeleitung 16 bildet gleichzeitig eine Vorlaufleitung für einen oder mehrere nicht dargestellte Wärmeverbraucher. Wärmeverbraucher können z.B. eine Fußboden oder Wandheizung oder ein Brauchwasserstrang sein.

[0059] Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel speist die Vorlaufleitung 16a der Wärmezufuhrleitung 16 fünf mäanderförmige Rohrstränge 5a, 5b, 5c, 5d, 5e bzw. fünf vertikale und parallel nebeneinander angeordnete Sekundärebenen 12.

[0060] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an den Außenseiten der Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e Wärmeleitelemente 8, 8' angebracht sind, wobei an den Rohrsträngen 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 angebrachte erste Wärmeleitelemente 8 in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 abstehen und an den Rohrsträngen 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 angebrachte zweite Wärmeleitelemente 8' in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 abstehen.

[0061] Die Wärmeleitelemente 8, 8' sind vorzugsweise aus Kupfer oder Edelstahl gefertigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sie als rechteckige Blechstreifen ausgeführt.

[0062] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Wärmeleitelemente 8, 8' plattenförmig ausgebildet. Es sind jedoch auch beliebige andere Ausbildungen der Wärmeleitelemente 8, 8' möglich, z.B. in Form von Spiralen, Stegen, Lamellen, Gittern etc.

[0063] Die Wärmeleitelemente 8, 8' können durch eine beliebige Befestigungstechnik, z.B. durch Löten, Schweißen, Kleben oder auch durch Verfalzen an den Rohrsträngen 4a-4e, 5a-5e angebracht sein. Zwischen den Wärmeleitelementen 8, 8' und den Rohrsträngen 4a-4e, 5a-5e kann eine linienförmige oder auch eine flächige Berührung stattfinden.

[0064] Wie anhand von Fig. 4 ersichtlich, ragt jedes Wärmeleitelement 8, 8' eines Rohrstranges 4a-4e, 5a-5e eines der Rohrleitungssysteme 4, 5 in ein von jeweils zwei benachbarten plattenförmigen Wärmeleitelementen 8, 8' eines benachbarten Rohrstranges 4a-4e, 5a-5e des anderen Rohrleitungssystems 4,5 eingeschlossenes, offenes Volumen V hinein. Das Volumen V wird gemäß Fig. 4 von den einander zuweisenden Außenflächen der benachbarten Wärmeleitelemente 8, 8' sowie von gedachten, die lateralen Bereiche der benachbarten Wärmeleitelemente 8, 8' miteinander verbindenden Ebenen begrenzt.

[0065] Wie in den Figuren zum vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, sind die zueinander benachbarten und einander überlappenden ersten und zweiten Wärmeleitelemente 8, 8' zueinander um einen orthogonal zu den Außenflächen der Wärmeleitelemente 8, 8' gemessenen Abstand y distanziert (Fig. 4).

[0066] In einer alternativen Ausführung wäre es jedoch auch möglich, dass die die zueinander benachbarten und einander überlappenden ersten und zweiten Wärmeleitelemente 8, 8' sich kontaktieren.

[0067] Die plattenförmigen Wärmeleitelemente 8, 8' sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eben ausgeführt, können jedoch auch eine beliebig modifizierte Form aufweisen und z.B. konkav und/oder konvex gewölbt oder abgewinkelt sein. Die Wärmeleitelemente 8, 8' können jeweils ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Des Weiteren können die Wärmeleitelemen- 6/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 te 8, 8' auch profiliert, geschlitzt oder perforiert ausgeführt sein.

[0068] Wie die Detaildarstellung gemäß Fig. 4 weiters zeigt, ist es vorgesehen, dass die Wärmeleitelemente 8 eines Rohrstranges 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 und die benachbarten zweiten Wärmeleitelemente 8' eines Rohrstranges 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 einander jeweils um ein Maß x überlappen, welches größer, vorzugsweise um mehr als das Doppelte größer als der Durchmesser bzw. die äußere Breite der Rohrstränge 4a-4e,5a-5e am Anbringungspunkt der Wärmeleitelemente ist. Betrachtet in einer orthogonal zu den einander zuweisenden Außenflächen der Wärmeleitelemente 8, 8' verlaufenden Blickrichtung, ragen die Wärmeleitelemente 8, 8' eines Rohrstranges 4a-4e, 5a-5e der Rohrleitungssysteme 4, 5 um das Maß x in das zwischen zwei benachbarten Wärmeleitelementen 8, 8' eines Rohrstranges 4a-4e, 5a-5e des jeweils anderen Rohrleitungssystems 4, 5 ausgebildete Volumen V hinein.

[0069] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleitelemente 8 eines Rohrstranges 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 und die benachbarten Wärmeleitelemente 8' eines Rohrstranges 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 einander um mehr als ein Viertel, vorzugsweise um mehr als die Hälfte der Querschnittslängserstreckung bzw. der jeweils längsten Seitenlänge des Querschnitts eines der Wärmeleitelemente 8, 8' überlappen (betrachtet in einer der Rohrlängsachse folgenden Blickrichtung). Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel überlappen die Wärmeleitelemente 8 eines Rohrstranges 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 und die Wärmeleitelemente 8' eines Rohrstranges 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 einander um etwa ein Drittel deren Querschnittslängserstreckung. Die tangential zur Außenseite des Rohrstrangs gemessene Querschnittslängserstreckung der ersten Wärmeleitelemente 8 ist hierbei im Wesentlichen ebenso groß wie die Querschnittslängserstreckung der zweiten Wärmeleitelemente 8'.

[0070] Die Wärmeleitelemente 8, 8' können auch die Rohrstränge des jeweils benachbarten Rohrleitungssystems 4, 5 überlappen (Fig. 5). Bei dieser Anordnungsvariante ist der Wärmeübergang zwischen dem ersten Rohrleitungssystem 4 und dem zweiten Rohrleitungssystem 5 besonders gesteigert.

[0071] Wie in den Figuren 1, 4 und 5 erkennbar, erfolgt ein Kontakt zwischen den Wärmeleitelementen 8, 8' und den Rohrsträngen 4a-4e, 5a-5e, bei Betrachtung des Querschnitts der Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e bzw. bei einer der Rohrlängsachse folgenden Blickrichtung, im Wesentlichen im Bereich eines mittleren Bauteilabschnitts der Wärmeleitelemente 8, 8'. Hierbei weisen die Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e jeweils zwei zueinander symmetrische Schenkelabschnitte 9, 10 auf.

[0072] Vorzugsweise verlaufen die Wärmeleitelemente 8 eines Rohrstranges 4a-4e des ersten Rohrleitungssystems 4 zu den benachbarten Wärmeleitelementen 8' eines Rohrstranges 5a-5e des zweiten Rohrleitungssystems 5 parallel.

[0073] Die Wärmeleitelemente 8, 8' sind gemäß Fig. 3 an den im Wesentlichen linearen Rohrabschnitten 14 angeordnet. Selbstverständlich können die zum überwiegenden Teil an den linearen Rohrabschnitten 14 angebrachten Wärmeleitelemente 8, 8' hierbei auch die gekrümmten Rohrabschnitte 13 ganz oder teilweise überlappen.

[0074] Die Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e der Rohrleitungssysteme 4, 5 weisen gemäß dem vorliegende Ausführungsbeispiel einen ringzylindrischenQuerschnitt auf, wobei die Wärmeleitelemente 8, 8' tangential an den Außenseiten der Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e angeordnet sind. In einer alternativen Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 können die Wärmeleitelemente 8, 8' auch radial an den Rohrsträngen 4a-4e, 5a-5e angeordnet sein.

[0075] Wie in Fig. 4 dargestellt, ist ein von den Rohrsträngen 4a-4e, 5a-5e abstehender Schenkelabschnitt 9, 10 der Wärmeleitelemente 8, 8' länger, vorzugsweise um mehr als das Doppelte länger als der Durchmesser bzw. die äußere Breite der Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e am Anbringungspunkt der Wärmeleitelemente 8, 8' (wiederum bei Betrachtung des Querschnitts der Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e bzw. bei einer der Rohrlängsachse folgenden Blickrichtung).

[0076] Die in den Primär-/Sekundärebenen 11, 12 liegenden Rohrstränge 4a-4e, 5a-5e sind 7/12

Claims (18)

1. österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 jeweils mit mehreren Wärmeleitelementen 8, 8' (im vorliegenden Ausführungsbeispiel: neun) bestückt, wobei die Wärmeleitelemente 8, 8' vorzugsweise jeweils eine Längserstreckung aufweisen, welche mindestens zwei Drittel der lichten Breite bzw. des Innendurchmessers des Speicherbehälters 2 entspricht. Zur Gewährleistung einer zufriedenstellenden Wärmeübertragung ist jeder Rohrstrang 4a-4e, 5a-5e mit mindestens fünf Wärmeleitelementen 8, 8' bestückt. [0077] Hinsichtlich der Anordnung der Primär- undSekundärebenen 11, 12 bzw. des Verlaufs der Rohrstränge 4a-4e,5a-5e sind vielfache Variationen denkbar. [0078] So könnten die Primärebenen 11 anstatt vertikal auch horizontal verlaufen. [0079] Neben der Wahl der Größe der Wärmeleitelemente 8, 8' bestimmt auch die Wahl eines in links unten in Fig. 1 eingezeichneten Abstands z zwischen den Primärebenen 11 und den Sekundärebenen 12 die Größe eines Überlappungsmaßes x benachbarter Wärmeleitelemente 8, 8'. [0080] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleitelemente 8, 8', gegenüber der Horizontalen geneigt, vorzugsweise um einen Winkel α zwischen 20° und 70° geneigt verlaufen. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei eine Neigung der Wärmeleitelemente 8, 8' gegenüber der Horizontalen um einen Winkel α von im Wesentlichen 45° erwiesen. Patentansprüche 1. Wärmetauscher, vorzugsweise Latentwärmetauscher (1), umfassend einen mit einem Speichermedium (3) gefüllten Speicherbehälter (2), innerhalb welchem von einem Wärmeträgermedium (6) durchströmte Rohrstränge (4a-4e) eines ersten Rohrleitungssystems (4) und von einem Sekundärmedium (7) durchströmte Rohrstränge (5a-5e) zumindest eines zweiten Rohrleitungssystems (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außenseiten der Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) Wärmeleitelemente (8, 8') angebracht sind, wobei an den Rohrsträngen (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) angebrachte erste Wärmeleitelemente (8) in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) abstehen und an den Rohrsträngen (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) angebrachte zweite Wärmeleitelemente (8') in Richtung jeweils benachbarter Rohrstränge (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) abstehen.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Wärmeleitelement (8) eines Rohrstranges (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) in ein von zwei benachbarten Wärmeleitelementen (8') eines Rohrstranges (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) eingeschlossenes, offenes Volumen (V) hineinragen.
3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) der Rohrleitungssysteme (4, 5) einen ringzylindrischen Querschnitt aufweisen und die Wärmeleitelemente (8, 8') tangential an den Außenseiten der Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) angeordnet sind.
4. 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Rohrstrang (4a-4e, 5a-5e) abstehender Schenkelabschnitt (9,10) eines Wärmeleitelementes (8, 8') - bei Betrachtung des Querschnitts des Rohrstrangs (4a-4e, 5a-5e) entlang der Rohrachse - länger, vorzugsweise um mehr als das Doppelte länger als der Durchmesser bzw. die äußere Breite des Rohrstrangs (4a-4e, 5a-5e) am Anbringungspunkt des Wärmeleitelementes (8, 8') ist.
5. 5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (8) eines Rohrstranges (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) und die benachbarten Wärmeleitelemente (8') eines Rohrstranges (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) - betrachtet in einer orthogonal zu den einander zuweisenden Außenflächen der Wärmeleitelemente (8, 8') verlaufenden Blickrichtung - einander um ein 8/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 Maß (x) überlappen, welches größer, vorzugsweise um mehr als das Doppelte größer als der Durchmesser bzw. die äußere Breite der Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) am Anbringungspunkt der Wärmeleitelemente (8, 8') ist.
6. 6. Wärmetauscher einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Wärmeleitelement (8) eines Rohrstranges (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) in das von zwei benachbarten Wärmeleitelementen (8') eines Rohrstranges (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) eingeschlossene Volumen (V) um ein Maß (x) hineinragen, welches größer, vorzugsweise um mehr als das Doppelte größer als der Durchmesser bzw. die äußere Breite der Rohrstränge (4a- 4e,5a-5e) am jeweiligen Anbringungspunkt der Wärmeleitelemente (8, 8') ist.
7. 7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (8) eines Rohrstranges (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) und die benachbarten Wärmeleitelemente (8') eines Rohrstranges (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) - betrachtet in einer der Rohrachse folgenden Blickrichtung - einander jeweils um mehr als ein Viertel, vorzugsweise um mehr als die Hälfte der jeweils längsten Seitenlänge des Querschnitts einer der Wärmeleitelemente (8, 8') überlappen.
8. 8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wärmeleitelement (8, 8') im Wesentlichen mittig an den Außenseiten der Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) angeordnet ist, sodass die Wärmeleitelemente (8, 8') - bei Betrachtung des Querschnitts der Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) und in Bezug auf deren Anbringungspunkt-jeweils zwei zueinander symmetrische Schenkelabschnitte (9, 10) aufweisen.
9. 9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (8) eines Rohrstranges (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) zu den benachbarten Wärmeleitelementen (8') eines Rohrstranges (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel verlaufen.
10. 10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Wärmeleitelement (8) eines Rohrstrangs (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) zu jedem der zwei benachbarten, das offene Volumen (V) bildende Wärmeleitelementen (8') eines Rohrstrangs (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) um einen orthogonal zu den Außenflächen der Wärmeleitelemente (8, 8') gemessenen Abstand (y) distanziert ist.
11. 11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (8, 8') zueinander benachbarter Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) einander zumindest abschnittsweise kontaktieren.
12. 12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstränge (4a-4e) des ersten Rohrleitungssystems (4) in mehreren Primärebenen (11) verlaufen und die Rohrstränge (5a-5e) des zweiten Rohrleitungssystems (5) in mehreren Sekundärebenen (12) verlaufen, wobei die Primär- und Sekundärebenen (11, 12) abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und vorzugsweise parallel zueinander verlaufen.
13. 13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) innerhalb der Primär-/Sekundärebenen (11, 12) mäanderförmig gewundenen sind.
14. 14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärebenen (11) und die Sekundärebenen (12) im Wesentlichen vertikal verlaufen.
15. 15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärebenen (11) und die Sekundärebenen (12) im Wesentlichen horizontal verlaufen.
16. 16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mäanderförmig gewundenen Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) in regelmäßigen Abständen gekrümmte Rohrabschnitte (13) aufweisen, innerhalb welcher die Rohrstränge (4a-4e, 5a-5e) um 180° umgebogen sind sowie im Wesentlichen lineare, vorzugsweise zueinander paral- 9/12 österreichisches Patentamt AT 508 156 B1 2010-11-15 leie Rohrabschnitte (14), welche die gekrümmten Rohrabschnitte (13) miteinander verbinden, wobei die Wärmeleitelemente (8, 8') an den im Wesentlichen linearen Rohrabschnitten (14) angeordnet sind.
17. 17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (8, 8'), gegenüber der Horizontalen geneigt, vorzugsweise um einen Winkel α zwischen 20° und 70° geneigt verlaufen.
18. 18. Wärmetauscher nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (8, 8') plattenförmig ausgebildet sind. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 10/12