WÄRMETAUSCHERMODUL, WÄRMETAUSCHERSYSTEM UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN DES WÄRMETAUSCHERSYSTEMS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschermodul, ein Wärmetauschersystem und ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschersystems zum, insbesondere nachträglichen, Einbau in eine Abwasserrohrleitung.

[0002] Energiegewinnung aus Abwasser durch nachträglich in die Abwasserrohrleitung eingebaute Wärmetauscher ist beispielsweise aus der DE 10 2005 048 689 A1 bekannt.

[0003] Bei dem bekannten Wärmetauscher werden Wärmetauscherfluid-Rohrleitungen für den Zulauf in den und Ablauf aus dem Wärmetauscher unterhalb von Ablaufflächen angebracht und so vor Verunreinigung durch das Abwasser geschützt. Dies hat keinen negativen Einfluss auf die Wärmegewinnung, da bei dem bekannten Wärmetauscher ausschließlich dessen Oberseite in Kontakt mit dem Abwasser kommt.

[0004] Bei verbessertem Wärmetausch aber, bei dem auch eine Unterseite des Wärmetauschers mit dem Abwasser in Kontakt kommt, sind bei dem bekannten Wärmetauscher die Rohrleitungen für den Zu- und Ablauf nicht mehr vor Verunreinigung durch das Abwasser geschützt. Eine Verunreinigung der Rohrleitungen für den Zu- und Ablauf verringert aber eine Erwärmung des Wärmetauscherfluids in der Rohrleitung für den Ablauf, da Rohrleitung für den Ablauf einen Teil der Wärme an die Verunreinigungen außen auf der Rohrleitung abgibt, den sie von dem Wärmetauscherfluid in der Rohrleitung abzieht. Dazu kommt, dass das Wärmetauscherfluid in der Rohrleitung für den Zulauf von Verunreinigungen außen auf der Rohrleitung erwärmt wird, wodurch ein Temperaturunterschied zwischen den Rohrleitungen für den Zu- und Ablauf weiter verringert und somit eine Wärmegewinnung aus dem Abwasser weiter verschlechtert wird. Darüber hinaus stellen die die angeströmten Rohrleitungen einen Strömungswiderstand dar und beeinträchtigen so den Abwasserstrom in der Abwasserrohrleitung.

[0005] Die FR 2 954 819 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Abziehen von Wärme aus einem Abwassersammler, umfassend einen Wärmetauscher, der zum Eintauchen im Abwasserstrom vorgesehen ist, und Verbindungsmittel zwischen einem Wärmeübertragungsfluidkreislauf in dem Wärmetauscher und Wärmeübertragungsfluideinlass- und Rücklaufleitungen. Es ist auch ein System von Wärmeübertragungsfluidkanälen offenbart, die dem Wärmetauscher zugeordnet sind, wobei das System mit dem Wärmetauscher verbunden ist.

[0006] Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Wärmetauschermodul, Wärmetauschersystem und Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschersystems zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere ein Aufwand beim Verlegen der Wärmetauschermodule zu einem Wärmetauschersystem reduziert ist.

[0007] Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Die Erfindung umfasst ein Wärmetauschermodul zum Einbau in eine Abwasserrohrleitung, aufweisend einen Vorlaufleitungsabschnitt und einen Rücklaufleitungsabschnitt, die mit einer Wärmetauscherkammer des Wärmetauschermoduls fluidisch verbunden sind, wobei die jeweiligen Vorlaufleitungsabschnitte mehrerer Wärmetauschermodule miteinander zu einer Vorlaufleitung fluidisch verbindbar sind und die jeweiligen Rücklaufleitungsabschnitte mehrerer Wärmetauschermodule miteinander zu einer Rücklaufleitung fluidisch verbindbar sind und wobei innerhalb des Vorlaufleitungsabschnitts eine Speiseleitung anordenbar oder angeordnet ist, mittels der der Vorlaufleitungsabschnitt mit einem Wärmetauscherfluid speisbar oder gespeist ist.

[0008] Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass ein platzsparendes Wärmetauschermodul zur Verfügung gestellt wird, das insbesondere zur Verwendung bei beengten und/oder beschränkten Platzverhältnissen wie beispielsweise einem Abwasserkanal geeignet ist. Insbesondere kann dabei der zur Verfügung stehende Platz derart besser ausgenutzt werden, dass mehr Platz von der Wärmetauscherkammer eingenommen werden kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmetauschermodul, bei dem eine Speiseleitung außerhalb des Vorlaufleitungsabschnitts vorgesehen ist. Somit kann bei gleichen Platzverhältnissen ein Wärmetauschermodul mit erhöhter Wärmetauschleistung zum Einsatz kommen.

[0009] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Wärmetauschermodul eine geringere Querschnittsfläche aufweist, was insbesondere bei Verwendung in einem Abwasserkanal für einen besseren Abwasserstrom und für eine geringere Verschmutzungsneigung des Wärmetauschermoduls sorgt.

[0010] Darüber hinaus ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Speiseleitung, insbesondere eventuelle Verbindungsstellen einer mehrteilig ausgebildeten Speiseleitung, besser vor Verschmutzung und/oder Beschädigung geschützt ist.

[0011] Das Wärmetauschermodul kann mindestens ein Wärmetauscherelement mit einer Wärmetauscherkammer enthalten und beispielsweise zur Wärmerückgewinnung aus Kühlwasser von Kraftwerksanlagen, zur Speicherung von Solarenergie in Warmwasserpuffern oder auch zur Wärmerückgewinnung aus Abwärme - insbesondere aus Abwasser - von Gebäuden, Maschinen oder sonstigen Anlagen eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich zu dem oben Beschriebenen kann das Wärmetauscherelement zumindest abschnittsweise von Luft oder einem Gas bzw. Gasgemisch umströmt werden.

[0012] Eine Abwasserrohrleitung kann eine Rohrleitung zum Sammeln und Leiten von Abwasser sein, wobei eine Abwasserfließrichtung parallel zu der Längsrichtung der Abwasserrohrleitung verläuft bzw. mit dieser zusammenfällt. Die Abwasserfließrichtung ist in der Regel durch ein Gefälle der Abwasserrohrleitung festgelegt und verläuft grundsätzlich parallel zu der oben beschriebenen Längsrichtung bzw. fällt mit ihr zusammen. Eine Abwasserrohrleitung kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine offene Abwasserrinne sein.

[0013] Der Vorlaufleitungsabschnitt kann ein Abschnitt einer Vorlaufleitung sein, wobei der Vorlaufleitungsabschnitt und/oder die Vorlaufleitung als geschlossene Leitung oder als offene Rinne ausgebildet sein können. Entsprechendes gilt für den Rücklaufleitungsabschnitt und/oder die Rücklaufleitung.

[0014] Die Speiseleitung kann als geschlossene Leitung oder als offene Rinne ausgebildet sein, aus der der Vorlaufleitungsabschnitt und/oder die Vorlaufleitung oder der Rücklaufleitungsabschnitt und/oder die Rücklaufleitung mit dem Wärmetauscherfluid speisbar oder gespeist ist. Es ist grundsätzlich beschrieben, dass die Speiseleitung in dem Vorlaufleitungsabschnitt und/oder in der Vorlaufleitung anordenbar oder angeordnet ist. Die damit verbundenen Vorteile können ebenso erreicht werden, wenn alternativ dazu die Speiseleitung entsprechend in dem Rücklaufleitungsabschnitt und/oder der Rücklaufleitung anordenbar oder angeordnet ist.

[0015] Das Wärmetauscherfluid kann wie oben beschrieben Wasser, insbesondere Abwasser, Luft oder ein Gas bzw. Gasgemisch sein.

[0016] Die Begriffe "stromauf, "stromab" und dergleichen sind im Rahmen dieser Beschreibung in Bezug auf die Fließrichtung eines jeweils beschriebenen Mediums, gegebenenfalls in einer jeweils beschriebenen Leitung, zu verstehen.

[0017] Die verwendeten Begriffe "außen" oder "innen" und dergleichen bedeuten im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass ein, insbesondere idealisierter oder gedachter, Mittelpunkt ein innerster Punkt ist. Ein in Bezug dazu äußerer Bereich ist ein, insbesondere idealisierter oder gedachter, Umfangsbereich, der den Mittelpunkt zumindest teilweise umgibt. Ein Punkt oder Bereich, der als weiter außen liegend bezeichnet ist als ein anderer Punkt oder Bereich, liegt also in Radialrichtung von dem Mittelpunkt ausgehend weiter in Richtung des Umfangsbereichs entfernt als der andere, weiter innen liegende, Punkt oder Bereich.

[0018] Die verwendeten Begriffe "oben" oder "oberhalb" und dergleichen bedeuten im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Richtung und/oder eine Lage eines Elements in Bezug auf ein anderes Element entgegen der Schwerkraftrichtung. Die nachfolgend verwendeten Begriffe "unten" oder "unterhalb" und dergleichen bedeuten im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Richtung und/oder eine Lage eines Elements in Bezug auf ein anderes Element in der Schwerkraftrichtung.

[0019] Vorteilhafterweise kann eine Querschnittsfläche des Vorlaufleitungsabschnitts abzüglich einer Querschnittsfläche der Speiseleitung etwa gleich groß sein wie die Querschnittsfläche der Speiseleitung. Somit kann ein Strömungswiderstand in dem Vorlaufleitungsabschnitt etwa gleich groß gehalten werden wie ein Strömungswiderstand in der Speiseleitung.

[0020] Insbesondere kann die Speiseleitung einstückig ausgebildet sein. Somit kann eine leckageanfällige Verbindungsstelle einer andernfalls mehrstückig ausgebildeten Speiseleitung innerhalb des Vorlaufleitungsabschnitts vermieden werden.

[0021] Ein Fluidstrom des Wärmetauscherfluids in der Speiseleitung kann in Gegenrichtung zu einem Fluidstrom des Wärmetauscherfluids in dem Vorlaufleitungsabschnitt gerichtet sein.

[0022] Insbesondere kann der Vorlaufleitungsabschnitt an einem stromabseitigen Ende der Speiseleitung mit dem Wärmetauscherfluid gespeist sein. Mit dieser Konfiguration durchläuft das Wärmetauscherfluid die komplette Speiseleitung, bevor es in den Vorlaufleitungsabschnitt eintritt, von dem das Wärmetauscherfluid in die einzelnen Wärmetauschermodule gelangt.

[0023] Die Speiseleitung kann, insbesondere mittels Führungsringen und/oder Distanzstücken, konzentrisch in dem Vorlaufleitungsabschnitt anordenbar oder angeordnet sein.

[0024] Alternativ dazu kann ein Außenumfang der Speiseleitung einen Innenumfang des Vorlaufleitungsabschnitts zumindest abschnittsweise berühren.

[0025] Eine konzentrische oder exzentrische Position der Speiseleitung in Bezug auf den Vorlaufleitungsabschnitt kann mittels Führungsringen und/oder Distanzstücken erreicht werden, die einstückig an der Speiseleitung ausgebildet sein können. Somit kann ein Einführen der Speiseleitung in den Vorlaufleitungsabschnitt und/oder ein Einhalten der gewünschten Position der Speiseleitung im Vorlaufleitungsabschnitt erleichtert werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass eine Außengeometrie der Führungsringe und/oder Distanzstücke an eine Innengeometrie des Vorlaufleitungsabschnitts angepasst ist und dass eine Innengeometrie der Führungsringe und/oder Distanzstücke an eine Außengeometrie der Speiseleitung angepasst ist.

[0026] Die Speiseleitung kann aus Kunststoff ausgebildet sein. Somit kann eine erhöhte Haltbarkeit und/oder leichtere Handhabung der Speiseleitung, insbesondere beim Einbringen der Speiseleitung in den Vorlaufleitungsabschnitt, gewährleistet werden.

[0027] Ein weiterer Aspekt betrifft ein Wärmetauschersystem mit modularem Aufbau, aufweisend mehrere hintereinander angeordnete Wärmetauschermodule, wobei jedes Wärmetauschermodul einen Vorlaufleitungsabschnitt und einen Rücklaufleitungsabschnitt aufweist, die mit einer Wärmetauscherkammer des Wärmetauschermoduls fluidisch verbunden sind, wobei die jeweiligen Vorlaufleitungsabschnitte der einzelnen Wärmetauschermodule miteinander zu einer Vorlaufleitung fluidisch verbunden sind und die jeweiligen Rücklaufleitungsabschnitte der einzelnen Wärmetauschermodule miteinander zu einer Rücklaufleitung fluidisch verbunden sind und wobei innerhalb der Vorlaufleitung eine Speiseleitung angeordnet ist, mittels der die Vorlaufleitung mit einem Wärmetauscherfluid speisbar oder gespeist ist.

[0028] Zusätzlich zu den oben für das erfindungsgemäße Wärmetauschermodul genannten Vorteilen ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschersystems, dass ein Verlegen des Wärmetauschersystems vereinfacht ist, insbesondere wegen eines vereinfachten Einbringens der Speiseleitung in die Vorlaufleitung bereits verlegter Wärmetauschermodule. Insbesondere kann deswegen auf ein gesondertes Verbinden von ansonsten je Wärmetauschermodul vorhandenen Speiseleitungsabschnitten verzichtet werden.

[0029] Insbesondere können die mehreren hintereinander angeordneten Wärmetauschermodule fluidisch parallel zueinander geschaltet sein. Die hintereinander angeordneten Wärmetauschermodule können einem Verlauf der Abwasserrohrleitung folgen, in der sie beispielsweise verlegt sind.

[0030] Ein Fluidstrom des Wärmetauscherfluids in der Speiseleitung kann in Gegenrichtung zu einem Fluidstrom des Wärmetauscherfluids in der Vorlaufleitung gerichtet sein.

[0031] Insbesondere kann die Vorlaufleitung an einem stromabseitigen Ende der Speiseleitung mit dem Wärmetauscherfluid gespeist sein. Mit dieser Konfiguration durchläuft das Wärmetauscherfluid die komplette Speiseleitung, bevor es in die Vorlaufleitung eintritt, von der das Wärmetauscherfluid in die einzelnen Wärmetauschermodule gelangt.

[0032] Eine Summe der Längen von Speiseleitung, Vorlaufleitung und Rücklaufleitung bei jedem Wärmetauschermodul kann etwa gleich groß sein. Mit dieser Konfiguration kann eine sogenanntes Tichelmann-System (Tichelmannsche Rohrführung) verwirklicht werden. Beim Tichelmann-System werden beispielsweise in einer Heizanlage die Rohre vom Wärmeerzeuger (z. B. Heizkessel, Solaranlage) zum Wärmeverbraucher (z. B. Heizkörper, Warmwasserspeicher) und zurück in Ringverlegung so geführt, dass die Summe der Längen von Vorlauf und Rücklauf bei jedem Heizkörper etwa gleich groß ist. Heizkörper mit kurzem Vorlauf haben einen langen Rücklauf und umgekehrt. Der Sinn dabei ist, dass alle Heizkörper etwa gleichen Druckverlusten ausgesetzt sind und sich damit gleiche Volumenströme = gleiche Wärmeströme in den Heizkörpern einstellen, auch wenn keine Regelventile verwendet werden. Dies bewirkt ein gleichmäßiges Erwärmen auch von weiter entfernt gelegenen Heizkörpern. Eine Anbindung nach "Tichelmann" bedeutet auch, dass die zeta-Werte (Druckverlustbeiwerte) der Formstücke der Rohrleitung zum Anschluss mehrerer gleicher Komponenten (in der Regel Warmwasserspeicher oder Sonnenkollektoren) in der Summe je Einzelkomponente gleich sind, damit eine gleichmäßige Durchströmung gewährleistet ist (Quelle: Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Tichelmann-System).

[0033] Insbesondere kann eine Querschnittsfläche der Vorlaufleitung abzüglich einer Querschnittsfläche der Speiseleitung etwa gleich groß sein wie die Querschnittsfläche der Speiseleitung. Somit kann ein Strömungswiderstand in der Vorlaufleitung etwa gleich groß gehalten werden wie ein Strömungswiderstand in der Speiseleitung.

[0034] Vorteilhafterweise kann die Speiseleitung einstückig ausgebildet sein. Somit kann eine leckageanfällige Verbindungsstelle einer ansonsten mehrstückig ausgebildeten Speiseleitung innerhalb der Vorlaufleitung vermieden werden. Weiter kann mit dieser Konfiguration ein Verlegen des Wärmetauschersystems weiter vereinfacht werden, da das Einbringen der einstückigen Speiseleitung in die Vorlaufleitung der bereits verlegten Wärmetauschermodule eine erhebliche Vereinfachung bedeutet, insbesondere wenn die Speiseleitung quasi endlos, d.h. beispielsweise in Form einer 100 m-Rolle, vorliegt. Insbesondere kann deswegen auf ein gesondertes Verbinden von ansonsten je Wärmetauschermodul vorhandenen Speiseleitungsabschnitten verzichtet werden.

[0035] Die Speiseleitung kann, insbesondere mittels Führungsringen und/oder Distanzstücken, konzentrisch in der Vorlaufleitung angeordnet sein.

[0036] Alternativ dazu kann ein Außenumfang der Speiseleitung einen Innenumfang der Vorlaufleitung zumindest abschnittsweise berühren.

[0037] Eine konzentrische oder exzentrische Position der Speiseleitung in Bezug auf die Vorlaufleitung kann mittels Führungsringen und/oder Distanzstücken erreicht werden, die einstückig an der Speiseleitung ausgebildet sein können. Somit kann ein Einführen der Speiseleitung in die Vorlaufleitung und/oder ein Einhalten der gewünschten Position der Speiseleitung in der Vorlaufleitung erleichtert werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass eine Außengeometrie der Führungsringe und/oder Distanzstücke an eine Innengeometrie der Vorlaufleitung angepasst ist und dass eine Innengeometrie der Führungsringe und/oder Distanzstücke an eine Außengeometrie der Speiseleitung angepasst ist.

[0038] Die Speiseleitung kann aus Kunststoff ausgebildet sein. Somit kann eine erhöhte Haltbarkeit und/oder leichtere Handhabung der Speiseleitung, insbesondere beim Einbringen der Speiseleitung in die Vorlaufleitung, gewährleistet werden.

[0039] Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschersystems mit modularem Aufbau, aufweisend die Schritte:

Anordnen von mehreren Wärmetauschermodulen hintereinander in einer Abwasserrohrleitung, Vorsehen eines Vorlaufleitungsabschnitts und eines Rücklaufleitungsabschnitts an jedem Wärmetauschermodul und fluidisches Verbinden des Vorlaufleitungsabschnitts und des Rücklaufleitungsabschnitts mit einer Wärmetauscherkammer des Wärmetauschermoduls,

fluidisches Verbinden der jeweiligen Vorlaufleitungsabschnitte der einzelnen Wärmetauschermodule miteinander zu einer Vorlaufleitung und der jeweiligen Rücklaufleitungsabschnitte der einzelnen Wärmetauschermodule miteinander zu einer Rücklaufleitung und

Anordnen einer Speiseleitung innerhalb der Vorlaufleitung zum Speisen der Vorlaufleitung mit einem Wärmetauscherfluid.

[0040] Die Vorteile des Verfahrens zum Herstellen des Wärmetauschersystems ergeben sich analog aus den zum oben genannten Wärmetauschermodul und zum Wärmetauschersystem genannten Merkmalen und deren Vorteile.

[0041] Das oben beschriebene Verfahren gilt entsprechend für lediglich ein einzelnes Wärmetauschermodul.

[0042] Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschermoduls und des Wärmetauschersystems anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und dass einzelne Merkmale davon zu weiteren Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.

[0043] Es zeigen:

Fig. 1

eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschermoduls gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2

eine schematische Prinzipdarstellung des bekannten Tichelmann-Systems; und

Fig. 3

eine schematische Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschersystems mit parallelgeschalteten Wärmetauschermodulen gemäß Fig. 1.

[0044] Bei der in Fig. 1 gezeigten räumlichen Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschermoduls 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Wärmetauschermodul 1 ein Wärmetauscherelement mit einer Wärmetauscherkammer 2, an der ein Vorlaufleitungsabschnitt 4 und ein Rücklaufleitungsabschnitt 6 an einem jeweiligen Verbindungsanschluss 8 mit der Wärmetauscherkammer 2 fluidisch verbunden sind. Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Wärmetauschermodul 1 mehrere Wärmetauscherelemente haben, die untereinander fluidisch verbunden sind. Aus Stabilitätsgründen kann der Vorlaufleitungsabschnitt 4 und der Rücklaufleitungsabschnitt 6 zusätzlich an einer jeweiligen Versteifungsstelle 10 mit der Wärmetauscherkammer 2 mechanisch verbunden sein.

[0045] In dem Vorlaufleitungsabschnitt 4 ist eine Speiseleitung 12 angeordnet, in die ein Wärmetauscherfluid in einer Einleitrichtung ER einleitbar ist. Die Speiseleitung 12 ist in Fig. 1 entgegen der Einleitrichtung ER aus dem Vorlaufleitungsabschnitt 4 herausragend dargestellt, wie es beispielsweise beim Einführen der Speiseleitung 12 in den Vorlaufleitungsabschnitt 4 der Fall ist. Der Vorlaufleitungsabschnitt 4 ist an seinem in Einleitrichtung ER gesehen stromabseitigen Ende ebenso wie die Speiseleitung 12 offen ausgebildet, insbesondere für den Anschluss eines weiteren Wärmetauschermoduls 1.

[0046] Wenn das Wärmetauschermodul 1 als einziges betrieben werden soll, also nicht an ein beispielsweise dahinter angeordnetes zweites Wärmetauschermodul 1 angeschlossen werden soll, kann der Vorlaufleitungsabschnitt 4 an dem in Einleitrichtung ER gesehen stromabseitigen Ende geschlossen ausgebildet sein. Die Speiseleitung 12 hingegen bleibt auch in diesem Fall an ihrem in Einleitrichtung ER gesehen stromabseitigen Ende offen. Vorteilhafterweise ist das in Einleitrichtung ER gesehen stromabseitige Ende der Speiseleitung 12 von dem in Einleitrichtung ER gesehen stromabseitigen Ende des Vorlaufleitungsabschnitts 4 entgegen der Einleitrichtung ER beabstandet, um das Wärmetauscherfluid besser aus der Speiseleitung 12 in den Vorlaufleitungsabschnitt 4 gelangen zu lassen.

[0047] In dem Vorlaufleitungsabschnitt 4 strömt das Wärmetauscherfluid in einer Zuströmrichtung ZR, die entgegen der Einleitrichtung ER gerichtet ist, und gelangt über den Verbindungsanschluss 8 in die Wärmetauscherkammer 2. Die beispielsweise von umströmtem Abwasser erwärmte Wärmetauscherkammer 2 erwärmt das Wärmetauscherfluid, das über den anderen Verbindungsanschluss 8 in den Rücklaufleitungsabschnitt 6 gelangt. Von dort kann das erwärmte Wärmetauscherfluid beispielsweise in einen (nicht dargestellten) Heizkörper oder dergleichen geleitet werden, nach welchem sie beispielsweise von einer (nicht dargestellten) Pumpe wieder in die Speiseleitung 12 gefördert wird, um den Kreislauf zu schließen.

[0048] In Fig. 2 ist eine schematische Prinzipdarstellung eines bekannten Tichelmann-Systems am Beispiel parallel geschalteter Sonnenkollektoren 18 gezeigt.

[0049] Beim Tichelmann-System (Tichelmannsche Rohrführung) in einer Heizanlage werden üblicherweise die Rohre vom Wärmeerzeuger (z. B. Heizkessel, Solaranlage mit Sonnenkollektoren 18) zum Wärmeverbraucher (z. B. Heizkörper, Warmwasserspeicher) und zurück in Ringverlegung so geführt, dass die Summe der Längen von Vorlauf 14 und Rücklauf 16 bei jedem Sonnenkollektor 18 etwa gleich groß ist. Sonnenkollektoren 18 mit kurzem Vorlauf 14 haben einen lange Rücklauf 16 und umgekehrt. Der Sinn dabei ist, dass alle Sonnenkollektoren 18 etwa gleichen Druckverlusten ausgesetzt sind und sich damit gleiche Volumenströme = gleiche Wärmeströme in den einstellen, auch wenn keine Regelventile verwendet werden. Dies bewirkt ein gleichmäßiges Erwärmen eines Wärmetauscherfluids auch bei weiter entfernt gelegenen Sonnenkollektoren 18. Eine Anbindung nach "Tichelmann" bedeutet auch, dass die zeta-Werte (Druckverlustbeiwerte) der Formstücke der Rohrleitung zum Anschluss mehrerer gleicher Komponenten (in der Regel Warmwasserspeicher oder Sonnenkollektoren 18) in der Summe je Einzelkomponente gleich sind, damit eine gleichmäßige Durchströmung gewährleistet ist (Quelle: Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Tichelmann-System).

[0050] Der kältere Vorlauf 14 ist mit durchgezogenen Linien dargestellt und der wärmere Rücklauf 16 ist mit strich-zwei-punktierten Linien dargestellt. Eine Wärmetauscherfluidpumpe und ein Wärmeverbraucher (z. B. Heizkörper, Warmwasserspeicher) zum Nutzen der Wärme im Rücklauf 16 sind weggelassen. Kaltes Wärmetauscherfluid wird in Einleitrichtung ER in den Vorlauf 14 eingeleitet. Der Vorlauf 14 weist in Einleitrichtung ER gesehen stromauf der Vorlaufleitung 24 mit den Verbindungsanschlüssen 8 zu den Sonnenkollektoren 18 eine sogenannte Tichelmann-Leitung 20 auf. Die Tichelmann-Leitung 20 ist als Verlängerung der Vorlaufleitung 24 ausgebildet und parallel dazu ausgebildet. Mit dieser Anordnung strömt das Wärmetauscherfluid in der Vorlaufleitung 24 in einer Zuströmrichtung ZR, die entgegen der Einleitrichtung ER gerichtet ist, obwohl ein Fluidstrom im Vorlauf 14 nicht umgekehrt wird, also immer in der gleichen Richtung strömt. Von der Vorlaufleitung 24 gelangt das Wärmetauscherfluid über den jeweilige Verbindungsanschluss 8 in das jeweilige Wärmetauschermodul 1 und dessen Wärmetauscherkammer 2. Über die Rücklaufleitung 26 gelangt das erwärmte Wärmetauscherfluid zurück in den Kreislauf.

[0051] Die Tichelmann-Leitung 20 sorgt dafür, dass der Weg des Wärmetauscherfluids im Vorlauf 14 verlängert wird und so die Summe der Längen von Vorlauf 14 und Rücklauf 16 bei jedem Sonnenkollektor 18 etwa gleich groß ist.

[0052] In dem in Fig. 3 gezeigten Wärmetauschersystem 22 sind mehrere Wärmetauschermodule 1 gemäß Fig. 1 in Parallelschaltung mit der sogenannten "Tichelmann-Leitung" 20 angeschlossen, wodurch ein Einspeisedruck des Wärmetauscherfluids in die Wärmetauschermodule 1 jeweils etwa gleich groß gehalten werden kann, ohne Regelventile vorzusehen, wie oben schon erwähnt. Wie ebenfalls schon erwähnt, ist damit eine gleichmäßige Durchströmung und damit ein gleichmäßiger Wärmeübergang von dem Abwasser zu dem Wärmetauscherfluid in den einzelnen Wärmetauschermodulen 1 gewährleistet.

[0053] Die Speiseleitung 12, gestrichelt dargestellt, ist als Tichelmann-Leitung 20 ausgebildet und innerhalb der Vorlaufleitung 24 angeordnet. Das Wärmetauscherfluid muss die Speiseleitung 12 zur Gänze durchlaufen, ehe es an einem in Einleitrichtung ER des Wärmetauscherfluids gesehen stromabseitigen Ende der Speiseleitung 12 aus der Speiseleitung 12 austritt und die Vorlaufleitung 24 damit speist.

[0054] In der Vorlaufleitung 24 strömt das Wärmetauscherfluid in der Zuströmrichtung ZR und gelangt über den jeweiligen Verbindungsanschluss 8 in das jeweilige Wärmetauschermodul 1 des Wärmetauschersystems 22 und danach über die Rücklaufleitung 26 wieder zurück, beispielsweise zu einer (nicht dargestellten) Wärmetauscherfluidpumpe, an deren Ausgang die Vorlaufleitung 24 angeschlossen ist.

[0055] Die Zuströmrichtung ZR des Wärmetauscherfluids in der Vorlaufleitung 24 ist dabei entgegen der Einleitrichtung ER des Wärmetauscherfluids in die Speiseleitung 12 gerichtet, d.h. innerhalb des Vorlaufs 14 ist die Strömungsrichtung des Wärmetauscherfluids umgekehrt.

Bezugszeichenliste

[0056] 

1

Wärmetauschermodul

2

Wärmetauscherkammer

4

Vorlaufleitungsabschnitt

6

Rücklaufleitungsabschnitt

8

Verbindungsanschluss

10

Versteifungsstelle

12

Speiseleitung

14

Vorlauf

16

Rücklauf

18

Sonnenkollektor

20

Tichelmann-Leitung

22

Wärmetauschersystem

24

Vorlaufleitung

26

Rücklaufleitung

ER

Einleitrichtung

ZR

Zuströmrichtung

Ansprüche

1. Wärmetauschermodul (1) zum Einbau in eine Abwasserrohrleitung, aufweisend:

einen Vorlaufleitungsabschnitt (4) und einen Rücklaufleitungsabschnitt (6), die mit einer Wärmetauscherkammer (2) des Wärmetauschermoduls (1) fluidisch verbunden sind, wobei

die jeweiligen Vorlaufleitungsabschnitte (4) mehrerer Wärmetauschermodule (1) miteinander zu einer Vorlaufleitung (24) fluidisch verbindbar sind und die jeweiligen Rücklaufleitungsabschnitte (6) mehrerer Wärmetauschermodule (1) miteinander zu einer Rücklaufleitung (26) fluidisch verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass

innerhalb des Vorlaufleitungsabschnitts (4) eine Speiseleitung (12) angeordnet ist, mittels der der Vorlaufleitungsabschnitt (4) mit einem Wärmetauscherfluid speisbar ist.

2. Wärmetauschermodul (1) nach Anspruch 1, wobei eine Querschnittsfläche des Vorlaufleitungsabschnitts (4) abzüglich einer Querschnittsfläche der Speiseleitung (12) etwa gleich groß ist wie die Querschnittsfläche der Speiseleitung (12).

3. Wärmetauschermodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Speiseleitung (12) einstückig ausgebildet ist.

4. Wärmetauschermodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Speiseleitung (12) konzentrisch in dem Vorlaufleitungsabschnitt (4) angeordnet ist oder ein Außenumfang der Speiseleitung (12) einen Innenumfang des Vorlaufleitungsabschnitts (4) zumindest abschnittsweise berührt.

5. Wärmetauschermodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Speiseleitung (12) aus Kunststoff ausgebildet ist.

6. Wärmetauschersystem (22) mit modularem Aufbau, aufweisend:
mehrere hintereinander angeordnete Wärmetauschermodule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Wärmetauschersystem (22) nach Anspruch 6, wobei ein Fluidstrom des Wärmetauscherfluids in der Speiseleitung (12) in Gegenrichtung zu einem Fluidstrom des Wärmetauscherfluids in der Vorlaufleitung (24) gerichtet ist.

8. Wärmetauschersystem (22) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Vorlaufleitung (24) an einem stromabseitigen Ende der Speiseleitung (12) mit dem Wärmetauscherfluid gespeist ist.

9. Wärmetauschersystem (22) nach Anspruch 6 bis 8, wobei eine Summe der Längen von Speiseleitung (12), Vorlaufleitung (24) und Rücklaufleitung (26) bei jedem Wärmetauschermodul (1) etwa gleich groß ist.

10. Wärmetauschersystem (22) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Querschnittsfläche der Vorlaufleitung (24) abzüglich einer Querschnittsfläche der Speiseleitung (12) etwa gleich groß ist wie die Querschnittsfläche der Speiseleitung (12).

11. Wärmetauschersystem (22) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Speiseleitung (12) einstückig ausgebildet ist.

12. Wärmetauschersystem (22) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Speiseleitung (12) konzentrisch in der Vorlaufleitung (24) angeordnet ist oder ein Außenumfang der Speiseleitung (12) einen Innenumfang der Vorlaufleitung (24) zumindest abschnittsweise berührt.

13. Wärmetauschersystem (22) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 12, wobei die Speiseleitung (12) aus Kunststoff ausgebildet ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschersystems (22) mit modularem Aufbau, aufweisend die Schritte:

Anordnen von mehreren Wärmetauschermodulen (1) hintereinander in einer Abwasserrohrleitung,

Vorsehen eines Vorlaufleitungsabschnitts (4) und eines Rücklaufleitungsabschnitts (6) an jedem Wärmetauschermodul (1) und fluidisches Verbinden des Vorlaufleitungsabschnitts (4) und des Rücklaufleitungsabschnitts (6) mit einer Wärmetauscherkammer (2) des Wärmetauschermoduls (1),

fluidisches Verbinden der jeweiligen Vorlaufleitungsabschnitte (4) der einzelnen Wärmetauschermodule (1) miteinander zu einer Vorlaufleitung (24) und der jeweiligen Rücklaufleitungsabschnitte (6) der einzelnen Wärmetauschermodule (1) miteinander zu einer Rücklaufleitung (26), gekennzeichnet durch

Anordnen einer Speiseleitung (12) innerhalb der Vorlaufleitung (24) zum Speisen der Vorlaufleitung (24) mit einem Wärmetauscherfluid.

Claims

1. Heat exchanger module (1) for installation in a wastewater pipeline, comprising:

a supply pipe portion (4) and a return pipe portion (6) which are fluidically connected to a heat exchanger chamber (2) of the heat exchanger module (1), wherein

the respective supply pipe portions (4) of a plurality of heat exchanger modules (1) can be fluidically interconnected to form a supply pipe (24), and the respective return pipe portions (6) of a plurality of heat exchanger modules (1) can be fluidically interconnected to form a return pipe (26), characterised in that

a feed line (12) is arranged within the supply pipe portion (4), by means of which feed line the supply pipe portion (4) can be fed with a heat exchanger fluid.

2. Heat exchanger module (1) according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the supply pipe portion (4) minus a cross-sectional area of the feed line (12) is approximately the same size as the cross-sectional area of the feed line (12).

3. Heat exchanger module (1) according to either claim 1 or claim 2, wherein the feed line (12) is formed in one piece.

4. Heat exchanger module (1) according to any of the preceding claims, wherein the feed line (12) is arranged concentrically in the supply pipe portion (4), or an outer periphery of the feed line (12) touches an inner periphery of the supply pipe portion (4), at least in portions.

5. Heat exchanger module (1) according to any of the preceding claims, wherein the feed line (12) is made of plastics material.

6. Heat exchanger system (22) having a modular structure, comprising:
a plurality of heat exchanger modules (1) according to any of claims 1 to 5, which are arranged one behind the other.

7. Heat exchanger system (22) according to claim 6, wherein a fluid flow of the heat exchanger fluid in the feed line (12) is directed in the opposite direction to a fluid flow of the heat exchanger fluid in the supply line (24).

8. Heat exchanger system (22) according to either claim 6 or claim 7, wherein the supply line (24) is fed with the heat exchanger fluid at a downstream end of the feed line (12).

9. Heat exchanger system (22 according to claims 6 to 8, wherein a sum of the lengths of the feed line (12), supply pipe (24) and return pipe (26) is approximately the same in each heat exchanger module (1).

10. Heat exchanger system (22) according to any of claims 6 to 9, wherein a cross-sectional area of the supply pipe (24) minus a cross-sectional area of the feed line (12) is approximately the same size as the cross-sectional area of the feed line (12).

11. Heat exchanger system (22) according to any of claims 6 to 10, wherein the feed line (12) is formed in one piece.

12. Heat exchanger system (22) according to any of claims 6 to 11, wherein the feed line (12) is arranged concentrically in the supply pipe (24), or an outer periphery of the feed line (12) touches an inner periphery of the supply pipe (24), at least in portions.

13. Heat exchanger system (22) according to any of the preceding claims 6 to 12, wherein the feed line (12) is made of plastics material.

14. Method for producing a heat exchanger system (22) having a modular structure, comprising the steps of:

arranging a plurality of heat exchanger modules (1) one behind the other in a wastewater pipeline,

providing a supply pipe portion (4) and a return pipe portion (6) at each heat exchanger module (1) and fluidically connecting the supply pipe portion (4) and the return pipe portion (6) to a heat exchanger chamber (2) of the heat exchanger module (1),

fluidically interconnecting the respective supply pipe portions (4) of the individual heat exchanger modules (1) to form a supply pipe (24), and fluidically interconnecting the respective return pipe portions (6) of the individual heat exchanger modules (1) to form a return pipe (26), characterised by

arranging a feed line (12) within the supply pipe (24) in order to feed the supply pipe (24) with a heat exchanger fluid.

Revendications

1. Module d'échangeur de chaleur (1) destiné à être installé dans une canalisation d'eaux usées, présentant :

une section de conduite d'arrivée (4) et une section de conduite de retour (6), qui sont reliées fluidiquement à une chambre d'échangeur de chaleur (2) du module d'échangeur de chaleur (1),

les sections de conduite d'arrivée respectives (4) de plusieurs modules d'échangeur de chaleur (1) pouvant être reliées fluidiquement entre elles pour former une conduite d'arrivée (24) et les sections de conduite de retour respectives (6) de plusieurs modules d'échangeur de chaleur (1) pouvant être reliées fluidiquement entre elles pour former une conduite de retour (26), caractérisé en ce que

une conduite d'alimentation (12) est agencée à l'intérieur de la section de conduite d'arrivée (4), au moyen de laquelle la section de conduite d'arrivée (4) peut être alimentée avec un fluide d'échangeur de chaleur.

2. Module d'échangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, dans lequel une surface de section transversale de la section de conduite d'arrivée (4) moins une surface de section transversale de la conduite d'alimentation (12) est approximativement égale à la surface de section transversale de la conduite d'alimentation (12).

3. Module d'échangeur de chaleur (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la conduite d'alimentation (12) est réalisée en une seule pièce.

4. Module d'échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la conduite d'alimentation (12) est agencée de manière concentrique dans la section de conduite d'arrivée (4) ou une circonférence extérieure de la conduite d'alimentation (12) touche au moins par sections une circonférence intérieure de la section de conduite d'arrivée (4).

5. Module d'échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la conduite d'alimentation (12) est réalisée en matière plastique.

6. Système d'échangeur de chaleur (22) à structure modulaire, présentant :
plusieurs modules d'échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, agencés les uns derrière les autres.

7. Système d'échangeur de chaleur (22) selon la revendication 6, dans lequel un courant de fluide du fluide d'échangeur de chaleur dans la conduite d'alimentation (12) est dirigé dans la direction opposée à un courant de fluide du fluide d'échangeur de chaleur dans la conduite d'arrivée (24).

8. Système d'échangeur de chaleur (22) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la conduite d'arrivée (24) est alimentée avec le fluide d'échangeur de chaleur à une extrémité aval de la conduite d'alimentation (12).

9. Système d'échangeur de chaleur (22) selon les revendications 6 à 8, dans lequel une somme des longueurs de la conduite d'alimentation (12), de la conduite d'arrivée (24) et de la conduite de retour (26) est approximativement égale pour chaque module d'échangeur de chaleur (1).

10. Système d'échangeur de chaleur (22) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel une surface de section transversale de la conduite d'arrivée (24) moins une surface de section transversale de la conduite d'alimentation (12) est approximativement égale à la surface de section transversale de la conduite d'alimentation (12).

11. Système d'échangeur de chaleur (22) selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel la conduite d'alimentation (12) est réalisée en une seule pièce.

12. Système d'échangeur de chaleur (22) selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, dans lequel la conduite d'alimentation (12) est agencée de manière concentrique dans la conduite d'arrivée (24) ou une circonférence extérieure de la conduite d'alimentation (12) touche au moins par sections une circonférence intérieure de la conduite d'arrivée (24).

13. Système d'échangeur de chaleur (22) selon l'une quelconque des revendications 6 à 12 précédentes, dans lequel la conduite d'alimentation (12) est réalisée en matière plastique.

14. Procédé de fabrication d'un système d'échangeur de chaleur (22) à structure modulaire, comprenant les étapes suivantes :

l'agencement de plusieurs modules d'échangeur de chaleur (1) les uns derrière les autres dans une canalisation d'eaux usées,

la prévision d'une section de conduite d'arrivée (4) et d'une section de conduite de retour (6) sur chaque module d'échangeur de chaleur (1) et la liaison fluidique de la section de conduite d'arrivée (4) et de la section de conduite de retour (6) à une chambre d'échangeur de chaleur (2) du module d'échangeur de chaleur (1),

la liaison fluidique des sections de conduite d'arrivée respectives (4) des modules d'échangeur de chaleur individuels (1) entre elles pour former une conduite d'arrivée (24) et des section de conduite de retour respectives (6) des modules d'échangeur de chaleur individuels (1) entre elles pour former une conduite de retour (26), caractérisé par

l'agencement d'une conduite d'alimentation (12) à l'intérieur de la conduite d'arrivée (24) pour alimenter la conduite d'arrivée (24) avec un fluide d'échangeur de chaleur.

Zeichnung