DE10118499B4 - Method for transferring heat and heat collector - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem Wärmestrom auf ein Wärmeübertragungsmedium über ein Wärmeträgermedium, bei dem der Wärmestrom auf eine Beaufschlagungsfläche wirkt, wobei das Wärmeträgermedium an der Beaufschlagungsfläche vorbeigeführt wird und über die Beaufschlagungsfläche eine Erwärmungszone geheizt wird, durch die das Wärmeträgermedium geführt wird, und bei dem in der Erwärmungszone flüssiges Wasser zur Anfeuchtung des Wärmeträgermediums verdampft wird, und als Wärmeträgermedium feuchte Luft eingesetzt wird.method for transmission of heat from a heat flow on a heat transfer medium over Heat transfer medium, where the heat flow on an admission area acts, the heat transfer medium at the loading area past will and over the loading area a heating zone is heated, through which the heat transfer medium guided and in the heating zone liquid Water for moistening the heat transfer medium is evaporated, and wet as the heat transfer medium Air is used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem Wärmestrom auf ein Wärmeübertragungsmedium über ein Wärmeträgermedium.The The invention relates to a method for transferring heat from a heat flow on a heat transfer medium over Heat transfer medium.

Ferner betrifft die Erfindung einen Wärmekollektor.Further The invention relates to a heat collector.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden eingesetzt, um die Energie einer äußeren Wärmequelle, welche den Wärmestrom bereitstellt, zu nutzen, d. h. mittels des Wärmeträgermediums auf ein Wärmeübertragungsmedium zu übertragen. Bei dem Wärmestrom kann es sich beispielsweise um einen solaren Wärmestrom handeln oder auch um einen geothermischen Wärmestrom.such Methods and apparatus are used to control the energy of an external heat source, which the heat flow provides to use, d. H. by means of the heat transfer medium to a heat transfer medium transferred to. At the heat flow it may, for example, be a solar heat flow or else around a geothermal heat flow.

Die DE 38 13 900 A1 offenbart ein Verfahren zur Erwärmung und gleichzeitigen starken Anfeuchtung von Zuluft in Stallungen und Gebäuden, in denen ein feuchtes Klima vorherrscht und aus denen feuchte Luft abgeführt wird.The DE 38 13 900 A1 discloses a method for heating and simultaneously strongly humidifying supply air in stables and buildings in which a humid climate prevails and from which humid air is discharged.

Die DE 41 17 944 A1 offenbart ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus befeuchteten Gasen, bei dem ein Gasstrom über einen Befeuchter mit Flüssigkeit angereichert und anschließend einer Entfeuchtungseinrichtung zugeführt wird, wobei die bei der Entfeuchtung freigesetzte Wärme an den Befeuchter zurückgeführt wird.The DE 41 17 944 A1 discloses a method for recovering heat from humidified gases, in which a gas stream is enriched with liquid via a humidifier and subsequently supplied to a dehumidifier, wherein the heat released during dehumidification is returned to the humidifier.

Die DE 31 06 716 C2 offenbart eine Zentralheizungs- und/oder Warmwassererzeugungs-Anlage mit einem mit fossilen Brennstoffen beheizten Heizkessel und mit einer Wärmepumpe, deren geschlossener Kältemittel-Kreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator sowie ein Entspannungsorgan für das kondensierte Kältemittelfluid enthält.The DE 31 06 716 C2 discloses a central heating and / or hot water production plant with a fossil fuel-fired boiler and with a heat pump whose closed refrigerant circuit contains an evaporator, a compressor, a condenser, and a condenser for the condensed refrigerant fluid.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches universell einsetzbar ist und mittels welchem die Energie des Wärmestroms optimal nutzbar ist.From that The invention is based on the object, a method to provide, which is universally applicable and by means of which the Energy of heat flow is optimally usable.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmestrom auf eine Beaufschlagungsfläche wirkt, wobei das Wärmeträgermedium an der Beaufschlagungsfläche vorbeigeführt wird und über die Beaufschlagungsfläche eine Erwärmungszone geheizt wird, durch die das Wärmeträgermedium geführt wird, und bei dem in der Erwärmungszone flüssiges Wasser zur Anfeuchtung des Wärmeträgermediums verdampft wird und als Wärmeträgermedium feuchte Luft eingesetzt wird.These The object is achieved according to the invention in the method mentioned solved that the heat flow on an admission area acts, the heat transfer medium at the loading area past will and over the loading area a heating zone is heated, through which the heat transfer medium guided and in the heating zone liquid Water for moistening the heat transfer medium is evaporated and wet as a heat transfer medium Air is used.

Die Verwendung von feuchter Luft als Wärmeträgermedium und insbesondere die Verwendung von mit Wasserdampf gesättigter Luft hat gegenüber gasförmigen Wärmeträgermedien, wie beispielsweise trockener Luft, den Vorteil, dass die Änderungen in der spezifischen Enthalpie bei gleicher Temperaturdifferenz erheblich höher sind. Zur Erzielung der gleichen Leistung bei der gleichen Temperaturdifferenz ist daher ein geringerer Massen- und Volumenstrom erforderlich. Dadurch wiederum lassen sich die Abmessungen eines Wärmekollektors, in welchem das Verfahren durchgeführt wird, geringer halten. Weiterhin lässt sich dann das erfindungsgemäße Verfahren bei geringeren Temperaturdifferenzen einsetzen. Darüber hinaus sind die Dichteänderungen bei der Abkühlung feuchter Luft größer als bei der Abkühlung trockener Luft. Dadurch ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Transport des Wärmeträgermediums durch Naturkonvektion erleichtert.The Use of moist air as a heat transfer medium and in particular the use of air saturated with water vapor has compared to gaseous heat transfer media, such as dry air, the advantage of having the changes in the specific enthalpy at the same temperature difference considerably are higher. To achieve the same power at the same temperature difference Therefore, a lower mass and volume flow required. Thereby again, the dimensions of a heat collector, in which the process carried out will, keep it down. Furthermore, then the method according to the invention can be added use lower temperature differences. In addition, the density changes during cooling moist air greater than dry on cooling Air. As a result, in the method according to the invention, the transport the heat transfer medium facilitated by natural convection.

Im Vergleich zu einem flüssigen Wärmeträgermedium wie beispielsweise Wasser sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geringere Anforderungen an die Dichtigkeit des Systems gestellt, mittels welchem das Verfahren durchgeführt wird. Durch den Einsatz von feuchter Luft als Wärmeträgermedium ist das Gewicht des Gesamtsystems (mit dem Wärmeträgermedium) verringert. Es werden keine zusätzlichen Vorrichtungen zum Antreiben der Zirkulation des Wärmeträgermediums benötigt. Gefriert das Wasser als flüssiges Wärmeträgermedium in einem entsprechenden Wärmekollektor, dann werden erhebliche Energiemengen benötigt, um den Wärmekollektor wieder in einem entsprechenden Arbeitsbereich betreiben zu können. All diese Nachteile sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht vorhanden.in the Compared to a liquid Heat transfer medium such as water are in the process of the invention reduced demands on the tightness of the system, by means of which the process is carried out. Because of the engagement of moist air as the heat transfer medium the weight of the entire system (with the heat transfer medium) is reduced. It will No additional Devices for driving the circulation of the heat transfer medium needed. Freeze the water as a liquid Heat transfer medium in a corresponding heat collector, then significant amounts of energy are needed to the heat collector to be able to operate again in a corresponding work area. Alles these disadvantages are not present in the method according to the invention.

Wird ein Zweiphasen-Gemisch als Wärmeträgermedium verwendet, wie beispielsweise ein Wasser-Dampf-Gemisch unter Unterdruck, dann sind erhebliche Anforderungen an die Struktur des Wärmekollektors gestellt, in welchem das Verfahren durchgeführt wird. Werden andere Zweiphasen-Gemische verwendet, deren Siedepunkt unterhalb von 100°C liegt, müssen die Kosten für die Materialien dieser Gemische berücksichtigt werden und die Umweltverträglichkeit dieser Materialien. Derartige Zweiphasen-Gemische weisen bei konstantem Druck eine bestimmte Siedetemperatur auf. Die erfindungsgemäß verwendete feuchte Luft hat dagegen den Vorteil, dass über einen großen Temperaturbereich Wasser verdampft werden kann, um entsprechend die Luft anzufeuchten und ebenfalls über einen großen Temperaturbereich aus dem Wärmeträgermedium Wasser kondensieren kann, um so Wärme an das Wärmeübertragungsmedium abführen zu können.Becomes a two-phase mixture as a heat transfer medium used, such as a water-steam mixture under reduced pressure, then there are considerable demands on the structure of the heat collector in which the procedure is carried out. Become other two-phase mixtures used, whose boiling point is below 100 ° C, the cost of the materials must be Mixtures taken into account and the environmental compatibility of these materials. Such two-phase mixtures have a constant Pressure a certain boiling point. The inventively used humid air, on the other hand, has the advantage of having water over a wide temperature range can be evaporated to moisten the air accordingly and also over a big Temperature range from the heat transfer medium Water can condense so as to transfer heat to the heat transfer medium lead away to be able to.

Aufgrund der beschriebenen Vorteile lässt sich auch ein System, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, in seinen äußeren Abmessungen auf einfache Weise an gegebene Randbedingungen anpassen, da die Einschränkungen an die Form des Systems verringert sind, da beispielsweise die Dichtigkeitserfordernisse oder auch die Anforderungen an die Druckfestigkeit verringert sind. Das entsprechende System lässt sich auch in Leichtbauweise ausführen.by virtue of the advantages described can be also a system in which the method according to the invention is carried out, in its outer dimensions easily adapt to given conditions, as the restrictions are reduced to the shape of the system because, for example, the tightness requirements or the requirements for compressive strength are reduced. The corresponding system leaves also perform in lightweight construction.

Erfindungsgemäß ist die wirtschaftliche Nutzung von Wärmeströmen niedriger flächenspezifischer Leistung wie beispielsweise solaren Wärmeströmen oder geothermischen Wärmeströmen ermöglicht.According to the invention economical use of heat flows lower site specific Performance such as solar heat fluxes or geothermal heat flux allows.

Die Struktur zur Durchführung des Verfahrens kann aufgrund der beschriebenen Vorteile auch variabel ausgestaltet werden, beispielsweise im Zusammenhang mit dem mobilen Einsatz. Insbesondere kann die Struktur zeitlich variabel sein.The Structure to carry of the method can also be variable due to the advantages described be designed, for example, in connection with the mobile Commitment. In particular, the structure can be variable in time.

Vorteilhafterweise gibt das Wärmeträgermedium über einen Kondensator Wärme an das Wärmeübertragungsmedium ab. Dadurch lässt sich zum einen die Wärme von dem Wärmestrom auf das Wärmeübertragungsmedium übertragen. Gleichzeitig wird an dem Kondensator Wasser aus dem Wärmeträgermedium abgeschieden, d. h. die Luft wird entfeuchtet. Dieses Wasser kann dann wieder gesammelt werden und dazu benutzt werden, Luft, welche erhitzt wird oder erhitzt werden soll, anzufeuchten, um eben wiederum mit Wasserdampf gesättigte Luft als Wärmeträgermedium einsetzen zu können.advantageously, gives the heat transfer medium over a Condenser heat to the heat transfer medium from. By doing so leaves on the one hand the heat from the heat flow transferred to the heat transfer medium. At the same time water from the heat transfer medium is at the condenser isolated, d. H. the air is dehumidified. This water can then be collected again and used to air, which is heated is to be heated or to moisten, just to turn with Saturated with water vapor Air as heat transfer medium to be able to use.

Über die Beaufschlagungsfläche wird eine Erwärmungszone geheizt, durch die das Wärmeträgermedium geführt wird. Die Erwärmungszone, welche flächenhaft über die Beaufschlagungsfläche geheizt wird, stellt also eine Zone dar, in welcher das Wärmeträgermedium Wärme aufnimmt. In der Erwärmungszone wird flüssiges Wasser zur Anfeuchtung des Wärmeträgermediums verdampft. Es kann dann die Energie des Wärmestroms verwendet werden, um eben das Wasser zu verdampfen. In der Erwärmungszone finden so zwei Prozesse statt: Wasser, welches vom Kondensator zugeführt wird, wird aufgrund der Energieeinstrahlung des Wärmestroms verdampft und feuchtet Luft an; das Wärmeträgermedium wird in der Erwärmungszone aufgeheizt, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der Luft in der Erwärmungszone zunimmt. Insbesondere nimmt dabei der Feuchtigkeitsgehalt der Luft in ihrer Strömungsrichtung in der Erwärmungszone zu; in die Erwärmungszone strömt am Kondensator entfeuchtete Luft ein und während der Strömung in der Erwärmungszone nimmt der Feuchtigkeitsgehalt zu.About the actuating area becomes a heating zone heated, through which the heat transfer medium guided becomes. The heating zone, which areal over the actuating area is heated, so represents a zone in which the heat transfer medium absorbs heat. In the heating zone becomes fluid Water for moistening the heat transfer medium evaporated. It can then be used the energy of the heat flow, just to evaporate the water. There are two processes in the heating zone Instead of: Water, which is supplied from the condenser, is due to the Energy radiation of the heat flow evaporates and moistens air; the heat transfer medium is in the heating zone heated, wherein the moisture content of the air in the heating zone increases. In particular, it takes the moisture content of the air in their flow direction in the heating zone to; in the warming zone flows Air dehumidified at the condenser and in during the flow the heating zone decreases the moisture content too.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn flüssiges Wasser von dem Kondensator der Erwärmungszone zugeführt wird, d. h. wenn das Wasser, welches aus dem Wärmeträgermedium abgeschieden wird, wieder dazu verwendet wird, die Luft anzufeuchten.Especially it is advantageous if liquid water from the condenser the heating zone supplied is, d. H. if the water, which is separated from the heat transfer medium, is used again to moisten the air.

Günstig ist es, wenn das Wärmeträgermedium in einem Wärmeaufnahmestrom durch eine Erwärmungszone zu einem Kondensator geführt wird. Insbesondere wirkt dabei der Wärmestrom in der Erwärmungszone großflächig. Dadurch wird das Wärmeträgermedium aufgeheizt, und in der Erwärmungszone lässt sich Wasser verdampfen, um den Feuchtigkeitsgehalt der Luft zu steigern.Cheap is it, if the heat transfer medium in a heat input stream through a heating zone led to a capacitor becomes. In particular, the heat flow in the heating zone acts in this case a large area. Thereby becomes the heat transfer medium heated up, and in the heating zone let yourself Water evaporates to increase the moisture content of the air.

Weiterhin ist es günstig, wenn das Wärmeträgermedium in einem Rückstrom von dem Kondensator zu der Erwärmungszone geführt wird. Der Rückstrom ist derjenige Strom, welcher an dem Kondensator entfeuchtet wurde, d. h. welcher aus dem Wärmeaufnahmestrom gebildet wird, aus dem Wasser abgeschieden wurde. Darüber hinaus hat der Wärmeaufnahmestrom an dem Kondensator Wärme abgegeben, so dass der Rückstrom gegenüber dem Wärmeaufnahmestrom abgekühlt ist und bei der Durchführung durch die Erwärmungszone wieder Energie aus dem Wärmestrom aufnehmen kann.Farther is it cheap if the heat transfer medium in a reflux from the condenser to the heating zone to be led. The return current is the current that has been dehumidified on the capacitor, d. H. which from the heat absorption stream is formed, was separated from the water. Furthermore has the heat absorption current heat is released at the condenser, so that the return current across from the heat absorption current chilled is and in the implementation through the heating zone again energy from the heat flow can record.

Vorteilhafterweise umfasst der Rückstrom trockene Luft in dem Sinne, dass er dadurch gebildet wird, dass aus dem Wärmeträgermedium Wasser an einem Kondensator abgeschieden wurde.advantageously, The reverse flow includes dry ones Air in the sense that it is formed by the fact that from the heat transfer medium Water was deposited on a condenser.

Günstig ist es auch, wenn das Wärmeträgermedium in einem Strömungskreislauf geführt wird, so dass auf das System von außen bezüglich des Wärmeträgermediums nicht eingegriffen werden muss. Es genügt dann, für eine Wärmestrombeaufschlagung des Systems zu sorgen und für einen Durchfluss von Wärmeübertragungsmedium.Cheap is it also, if the heat transfer medium in a flow circuit guided so that the system from the outside with respect to the heat transfer medium did not interfere must become. It is sufficient then, for a heat flow charge of the system and for a flow of heat transfer medium.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Feuchtegehalt des Wärmeträgermediums in dem Strömungskreislauf in Strömungsrichtung zu einem Kondensator hin zunimmt. Dadurch lässt sich auf konstruktiv einfache Weise Wasser in die Erwärmungszone von dem Kondensator herführen. Insbesondere müssen keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen vorgesehen werden, um Wasser in die Erwärmungszone zu befördern. Vielmehr genügt es, dass Wasser durch Schwerkraftwirkung von dem Kondensator in die Erwärmungszone strömt und dort in einer genügenden Menge bereitsteht, um die Luft mit Wasserdampf zu sättigen und so ein optimales Wärmeträgermedium zu erhalten.Farther it is advantageous if the moisture content of the heat transfer medium in the flow circuit in the flow direction increases towards a condenser. This makes it possible to constructively simple Add water to the heating zone lead from the capacitor. In particular, need No additional constructive measures be provided to convey water into the heating zone. Much more enough it is that water by gravity from the condenser in the heating zone flows and there in a sufficient amount ready to saturate the air with steam and so an optimal Heat transfer medium to obtain.

Das Verfahren lässt sich auf konstruktiv vorteilhafte Weise durchführen, wenn eine Strömungsführung von Wärmeaufnahmestrom und Rückstrom durch eine Trennfläche getrennt sind. Insbesondere ist dabei die Trennfläche isolierend. Oberhalb und unterhalb der Trennfläche lassen sich Rückstrom und Wärmeaufnahmestrom in Gegenrichtungen führen. Dadurch lassen sich die äußeren Abmessungen einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gering halten. Bezüglich des Wärmeaufnahmestroms kann die Trennfläche auch dazu dienen, flüssiges Wasser zur Verdampfung und Anfeuchtung von Luft in der Erwärmungszone bereitzustellen.The method can be carried out in a structurally advantageous manner when a flow guide is separated from heat absorption flow and return flow through a separation surface. Especially is the separating surface insulating. Above and below the separating surface, reverse current and heat absorption current can be conducted in opposite directions. As a result, the outer dimensions of a device for carrying out the method can be kept low. With respect to the heat absorption flow, the separation surface may also serve to provide liquid water for vaporization and humidification of air in the heating zone.

Günstigerweise ist dazu eine Erwärmungszone zwischen der Beaufschlagungsfläche und der Trennfläche gebildet.conveniently, is a heating zone between the loading area and the interface educated.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Wärmeträgermedium und auch das Wasser zur Anfeuchtung der Luft im wesentlichen unter Umgebungsdruck stehen. Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens lässt sich dadurch auf einfache Weise fertigen, da insbesondere kein Druckkessel oder dergleichen vorgesehen werden muss. Die Anforderungen an das Material der Vorrichtung sind dabei verringert. Dadurch lässt sich eine entsprechende Vorrichtung auch in Leichtbauweise ausbilden.Especially It is advantageous if the heat transfer medium and also the water for humidifying the air substantially below Ambient pressure stand. A corresponding device for carrying out the Procedure leaves thereby manufacture in a simple manner, in particular no pressure vessel or the like must be provided. The requirements for that Material of the device are reduced. This can be a form appropriate device in lightweight construction.

Günstigerweise wird das Wärmeträgermedium auf Temperaturen im Bereich zwischen ca. 30°C bis 90°C erhitzt. In diesem Bereich kann angefeuchtete Luft als Wärmeträgermedium auf vorteilhafte Weise Energie aufnehmen und an das Wärmeübertragungsmedium abgeben. Eine entsprechende Vorrichtung ist daher als Niedertemperatur-Vorrichtung, beispielsweise Niedertemperatur-Solarkollektor, einsetzbar. Die Materialanforderungen sind dabei verringert.conveniently, becomes the heat transfer medium heated to temperatures ranging between about 30 ° C to 90 ° C. In this area can moistened air as a heat transfer medium absorb energy in an advantageous manner and to the heat transfer medium submit. A corresponding device is therefore a low-temperature device, for example Low temperature solar collector, can be used. The material requirements are reduced.

Um eine gute Wärmeaufnahme des Wärmeträgermediums zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn dieses bei der Erwärmung im wesentlichen mit Wasserdampf gesättigt ist oder wird. Dadurch weist dieses eine hohe Änderung der spezifischen Enthalpie über der Temperatur und eine große Änderung der Dichte bei Abkühlung auf. Zum einen lässt sich dadurch die feuchte Luft vorteilhafterweise als Wärmeträgermedium einsetzen und zum anderen ist die Naturkonvektion verstärkt, um einen Strömungskreislauf zu bilden.Around a good heat absorption the heat transfer medium it is advantageous to achieve this when heating in the essentially saturated with water vapor is or will. As a result, this exhibits a high change in the specific enthalpy over the Temperature and a big change the density on cooling on. For one thing lets As a result, the moist air advantageously as a heat transfer medium and on the other hand, natural convection is intensified to a flow circuit to build.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmekollektor zu schaffen, welcher universell einsetzbar ist und der auf einfache Weise aufgebaut ist.Further The invention is based on the object, a heat collector to create, which is universally applicable and easy on Way is constructed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmekollektor gelöst, welcher eine Beaufschlagungsfläche für einen Wärmestrom umfasst, eine damit in Wirkverbindung stehende Erwärmungszone, durch die ein Wärmeträgermedium führbar ist, und eine Befeuchtungsvorrichtung zum Anfeuchten von Luft, um feuchte Luft als Wärmeträgermedium einzusetzen.These The object is achieved by a heat collector solved, which is an admission area for one heat flow comprising, a heating zone operatively connected thereto, through a heat transfer medium feasible is, and a moistening device for moistening air to use moist air as the heat transfer medium.

Ein solcher Wärmekollektor weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auf.One such heat collector has the already in connection with the inventive method described advantages.

Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Befeuchtungsvorrichtung so angeordnet und ausgebildet ist, dass flüssiges Wasser in die Erwärmungszone führbar ist. Dadurch lässt sich das Wasser in der Erwärmungszone bereitstellen, um die Luft mit Wasserdampf zu sättigen, um so feuchte Luft als Wärmeträgermedium einsetzen zu können. Insbesondere wird dabei das Wasser in der Erwärmungszone verdampft, d. h. der Wärmestrom selber, welcher auch das Wärmeträgermedium erhitzt, stellt die Energie zur Verdampfung des Wassers bereit. Günstigerweise ist also Wasser in der Erwärmungszone zur Luftanfeuchtung verdampfbar und insbesondere ist in der Erwärmungszone Luft mit Wasserdampf sättigbar.Especially it is thereby provided that the moistening device is arranged in this way and is designed to be liquid Water in the heating zone feasible is. By doing so leaves the water in the heating zone to saturate the air with water vapor, so moist air as heat transfer medium to be able to use. In particular, the water is evaporated in the heating zone, d. H. the heat flow itself, which also the heat transfer medium heated, provides the energy to evaporate the water. conveniently, So is water in the heating zone to Air humidification is vaporizable and in particular is in the heating zone Air saturable with water vapor.

Weiterhin ist es günstig, wenn ein Kondensator vorgesehen ist, d. h. eine durch ein Fluid gekühlte Fläche und insbesondere durch das Wärmeübertragungsmedium gekühlte Fläche, an der Wärme von dem Wärmeträgermedium auf ein Wärmeübertragungsmedium, wie beispielsweise Wasser, abgebbar ist. An dem Kondensator lässt sich aus dem Wärmeträgermedium dann gleichzeitig Wasser abscheiden, um so wiederum der Erwärmungszone Wasser zur Verdampfung und damit Anfeuchtung der Luft bereitstellen zu können. Die an dem Kondensator entfeuchtete Luft lässt sich dann in einem Strömungskreislauf wieder zurück in die Erwärmungszone führen, dort anfeuchten und gleichzeitig erhitzen.Farther is it cheap if a capacitor is provided, d. H. one through a fluid cooled surface and in particular by the heat transfer medium chilled Area, on the heat from the heat transfer medium on a heat transfer medium, such as water, is deliverable. At the capacitor can be from the heat transfer medium then water at the same time, in turn, the heating zone Provide water for evaporation and thus humidification of the air to be able to. The dehumidified air on the condenser can then be in a flow circuit back again in the warming zone to lead, Moisten and heat at the same time.

Ganz besonders vorteilhaft ist es also, wenn mittels der Befeuchtungsvorrichtung flüssiges Wasser von dem Kondensator in die Erwärmungszone führbar ist. Damit wird gleichzeitig das an dem Kondensator abgeschiedene Wasser "entsorgt" und das für die Anfeuchtung der Luft nötige Wasser der Erwärmungszone bereitgestellt.All It is therefore particularly advantageous when using the moistening device liquid Water from the condenser in the heating zone is feasible. At the same time, the water separated off at the condenser is "disposed of" for humidification necessary for the air Water of the heating zone provided.

Günstigerweise ist eine Strömungsführung für das Wärmeträgermedium vorgegeben, welche so angepasst und ausgebildet ist, dass sich bei gegebenen Abmessungen des Wärmekollektors ein optimaler Wärmeübertrag ergibt.conveniently, is a flow guide for the heat transfer medium given, which is adapted and designed so that at given dimensions of the heat collector an optimal heat transfer results.

Günstig ist es, wenn die Strömungsführung eine Wärmeaufnahmeströmungsführung durch die Erwärmungszone und eine Rückströmungsführung umfasst. Dadurch lässt es sich erreichen, dass in der Rückströmungsführung ausgehend von einem Kondensator entfeuchtete Luft (trockene Luft) geführt wird, welche dann in der Wärmeaufnahmeströmungsführung erhitzt wird, wobei dort auch eine Anfeuchtung stattfindet, um insbesondere mit Wasserdampf gesättigte Luft als Wärmeträgermedium einsetzen zu können.It is favorable if the flow guide comprises a heat absorption flow guide through the heating zone and a return flow guide. As a result, it is possible that, in the return flow duct, dehumidified air (dry air) is conducted starting from a condenser, which is then heated in the heat absorption flow duct, wherein there is also an on Moisture takes place in order to use in particular saturated with water vapor air as the heat transfer medium can.

Zwischen Wärmeaufnahmeströmungsführung und Rückströmungsführung ist bezogen auf die Strömungsrichtung ein Kondensator angeordnet, damit aus dem Wärmeträgermedium Wasser abgeschieden werden kann und das Wärmeübertragungsmedium Wärme aufnehmen kann.Between Heat absorption flow guide and Return flow is related to the flow direction a capacitor arranged so that water is separated from the heat transfer medium can be and the heat transfer medium Absorb heat can.

Weiterhin ist es günstig, wenn zwischen Wärmeaufnahmeströmungsführung und Rückführungsströmungsführung eine Trennfläche angeordnet ist, um die beiden Strömungsführungen einerseits zu trennen und andererseits eine Bereitstellungsfläche für zu verdampfendes Wasser in der Wärmeaufnahmeströmungsführung bereitzustellen. Insbesondere ist dabei die Trennfläche isolierend, so dass der direkte Wärmeübergang von dem Wärmeaufnahmestrom in den Rückstrom minimiert ist.Farther is it cheap if between heat intake flow guide and Return flow guide arranged a separation surface is to the two flow channels on the one hand to separate and on the other hand, a deployment area for evaporating Provide water in the heat absorption flow guide. Especially is the interface insulating, allowing the direct heat transfer from the heat input stream in the return stream is minimized.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Wärmekollektor als Niedertemperaturkollektor ausgebildet ist, so dass er universell einsetzbar ist.Especially It is advantageous if the heat collector is designed as a low temperature collector, making it universal can be used.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist der Wärmekollektor derart ausgebildet, dass seine Gestalt veränderbar ist und damit an wechselnde Einsatzbedingungen anpassbar ist. Beispielsweise weist er Luftkammern auf, durch die eine bestimmte Gestalt des Wärmekollektors einstellbar ist. Durch Aufpumpen der Luftkammern kann er in eine bestimmte Gestalt gebracht werden, nach Entleeren der Luftkammern kann er verstaut werden. So kann der Wärmekollektor wechselnden Einsatzbedingungen angepasst werden und ist auch mobil einsetzbar, da er platzsparend transportabel ist.at a variant of an embodiment is the heat collector designed such that its shape is changeable and thus to changing conditions of use is customizable. For example, it has air chambers through which a particular shape of the heat collector is adjustable. By inflating the air chambers he can in a certain shape be brought, after emptying the air chambers he can be stowed. Thus, the heat collector changing operating conditions be adapted and is also mobile, since it saves space is transportable.

Als Wärmestrom kann beispielsweise ein geothermischer Wärmestrom eingesetzt werden oder auch ein Abwärmestrom beispielsweise eines Motors eines Kraftfahrzeugs. Eine besonders vorteilhafte Verwendung ist es, wenn der Wärmestrom ein Solarenergiewärmestrom ist, d. h. der Wärmekollektor ein Solar-Wärmekollektor ist.When heat flow For example, a geothermal heat flow can be used or a waste heat stream for example, an engine of a motor vehicle. A special advantageous use is when the heat flow is a solar energy heat flow is, d. H. the heat collector a solar heat collector is.

Die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The The following description of an embodiment is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention. Show it:

1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmekollektors; 1 a schematic sectional view of an embodiment of a heat collector according to the invention;

2 ein Diagramm der Temperaturabhängigkeit der spezifischen Enthalpie von mit Wasserdampf gesättigter Luft im Vergleich zu flüssigem Wasser und zu trockener Luft über der Temperatur und 2 a diagram of the temperature dependence of the specific enthalpy of water vapor saturated air compared to liquid water and too dry air over the temperature and

3 die Dichteabhängigkeit von mit Wasserdampf gesättigter Luft im Vergleich zu trockener Luft über der Temperatur. 3 the density dependence of water vapor saturated air versus dry air over temperature.

Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmekollektors, welches in 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, ist eine isolierende Außenhülle 12 vorgesehen, welche einen Innenraum 14 aufweist, in dem ein Wärmeträgermedium 16 in einem Strömungskreislauf 18 geführt ist.In one embodiment of a heat collector according to the invention, which in 1 as a whole with 10 is designated, is an insulating outer shell 12 provided, which has an interior 14 in which a heat transfer medium 16 in a flow circuit 18 is guided.

Der Innenraum 14 weist eine Erwärmungszone 20 auf, die durch einen Wärmestrom 22 beaufschlagbar ist. Das Wärmeträgermedium 16 wird durch die Erwärmungszone 20 geführt und dort durch den Wärmestrom 22 erhitzt.The interior 14 has a heating zone 20 on, by a heat flow 22 can be acted upon. The heat transfer medium 16 is through the heating zone 20 guided and there by the heat flow 22 heated.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wärmestrom 22 ein Solarstrom, d. h. solare Einstrahlung erhitzt die Erwärmungszone 20. Dazu ist in der Außenhülle 12 ein Fenster 24 als transparente Abdeckung der Erwärmungszone 20 zum Wärmestrom 22 hin angeordnet. Dieses Fenster 24 stellt eine Beaufschlagungsfläche des Wärmestroms 22 bezüglich des Wärmekollektors 10 dar. Das Fenster 24 ist dabei insbesondere großflächig ausgebildet, damit ein großer Bereich des Innenraums 14 erwärmbar ist, um eine entsprechend großvolumige Erwärmungszone schaffen zu können.At the in 1 the embodiment shown is the heat flow 22 a solar power, ie solar radiation heats the heating zone 20 , This is in the outer shell 12 a window 24 as transparent cover of the heating zone 20 to the heat flow 22 arranged. This window 24 represents an application surface of the heat flow 22 with respect to the heat collector 10 dar. The window 24 is designed in particular over a large area, so that a large area of the interior 14 can be heated to create a correspondingly large-volume heating zone can.

Der Strömungskreislauf 18 weist eine Wärmeaufnahmeströmungsführung 26 und eine Rückströmungsführung 28 auf, welche durch eine insbesondere isolierende, im Innenraum 14 angeordnete Trennplatte 31 so getrennt sind, dass ein Wärmeaufnahmestrom 30 des Wärmeträgermediums getrennt ist von einem Rückstrom 32 des Wärmeträgermediums.The flow circuit 18 has a heat absorption flow guide 26 and a return flow guide 28 on, which by a particular insulating, in the interior 14 arranged partition plate 31 are separated so that a heat input stream 30 the heat transfer medium is separated from a return flow 32 the heat transfer medium.

Der Wärmeaufnahmestrom 30 ist dabei derjenige Strom des Wärmeträgermediums im Strömungskreislauf 18, welcher durch die Erwärmungszone 20 geführt wird, damit das Wärmeträgermedium aus dem Wärmestrom 22 Wärme aufnehmen kann.The heat absorption current 30 is that flow of the heat transfer medium in the flow circuit 18 passing through the heating zone 20 is guided so that the heat transfer medium from the heat flow 22 Can absorb heat.

Der Rückstrom 32 ist derjenige Strom des Wärmeträgermediums, welcher aus dem Wärmeaufnahmestrom 30 nach der Abgabe von Wärme durch den Wärmeaufnahmestrom 30 an einen Kondensator 34 entsteht. Der Rückstrom 32 wird dann in der Rückströmungsführung 28 zu der Erwärmungszone 20 geführt, wo das Wärmeträgermedium Wärme aufnimmt und zum Wärmeaufnahmestrom 30 wird.The return current 32 is the one stream of heat transfer medium, which from the heat input stream 30 after the release of heat by the heat input stream 30 to a capacitor 34 arises. The return current 32 is then in the return flow guide 28 to the heating zone 20 led, where the heat transfer medium absorbs heat and the heat input stream 30 becomes.

Zwischen der Wärmeaufnahmeströmungsführung 26 des Wärmeträgermediums und der Rückströmungsführung 28 des Wärmeträgermediums ist bezogen auf die Strömungsrichtung der Kondensator 34 angeordnet. Insbesondere ist der Kondensator 34 in einem Bereich angeordnet, welcher außerhalb der Erwärmungszone 20 liegt, d. h. welcher nicht wärmestrombeaufschlagt ist.Between the heat absorption flow guide 26 the heat transfer medium and the return flow guide 28 the heat transfer medium is based on the flow direction of the capacitor 34 arranged. In particular, the capacitor 34 arranged in a region which is outside the heating zone 20 is located, ie which is not subjected to heat flow.

Der Kondensator 34 stellt einen gekühlten Flächenbereich bereit und ist dazu durch ein Wärmeübertragungsmedium durchströmt, bei welchem es sich insbesondere um Wasser handelt. Das Wärmeträgermedium 16 dient dazu, Wärme von dem Wärmestrom 22 und insbesondere Solarstrom 22 auf das Wärmeübertragungsmedium zu übertragen. Es umströmt die Kondensatorflächen zur Wärmekopplung an das Wärmeübertragungsmedium.The capacitor 34 provides a cooled surface area and is traversed by a heat transfer medium, which is in particular water. The heat transfer medium 16 serves to heat from the heat flow 22 and in particular solar power 22 to transfer to the heat transfer medium. It flows around the capacitor surfaces for heat coupling to the heat transfer medium.

Zur besseren Wärmeübertragung von dem Wärmeträgermedium auf das Wärmeübertragungsmedium in dem Kondensator 34 ist dieser an seiner Außenseite mit einer vergrößerten Oberfläche versehen, beispielsweise über Lamellen (in der Zeichnung nicht gezeigt).For better heat transfer from the heat transfer medium to the heat transfer medium in the condenser 34 this is provided on its outer side with an enlarged surface, for example via fins (not shown in the drawing).

Erfindungsgemäß wird als Wärmeträgermedium feuchte Luft und insbesondere mit Wasserdampf gesättigte Luft eingesetzt.According to the invention as Heat transfer medium moist air and in particular air saturated with water vapor used.

In 2 ist die spezifische Enthalpie H bei einem Gesamtdruck von 1 bar für mit Wasserdampf gesättigte Luft (Bezugszeichen 36), Wasser (Bezugszeichen 38) und trockene Luft (Bezugszeichen 40) gezeigt. Die spezifische Enthalpie ist dabei so normiert, dass diese bei einer Temperatur von 0°C Null ist.In 2 is the specific enthalpy H at a total pressure of 1 bar for air saturated with water vapor (reference numeral 36 ), Water (reference number 38 ) and dry air (reference numeral 40 ). The specific enthalpy is normalized so that it is zero at a temperature of 0 ° C.

Wie aus diesem Diagramm ersichtlich ist, ist die Änderung der spezifischen Enthalpie von feuchter Luft und insbesondere mit Wasserdampf gesättigter Luft bei gleicher Temperaturdifferenz größer als gegenüber flüssigem Wasser oder trockener Luft als Wärmeträgermedium. Um in dem Wärmekollektor 10 die gleiche Leistung der Wärmeübertragung auf das Wärmeübertragungsmedium zu erhalten, genügt es, bei der Verwendung von feuchter Luft als Wärmeträgermedium geringere Massenströme zu zirkulieren als bei der Verwendung von Wasser oder trockener Luft als Wärmeträgermedium. Zudem lassen sich auch kleine Temperaturdifferenzen aufgrund des steileren Verlaufs der spezifischen Enthalpie über der Temperatur bei der Verwendung von feuchter Luft als Wärmeträgermedium effektiver nutzen.As can be seen from this diagram, the change in the specific enthalpy of moist air and in particular saturated with water vapor at the same temperature difference is greater than compared to liquid water or dry air as the heat transfer medium. In the heat collector 10 To obtain the same power of heat transfer to the heat transfer medium, it is sufficient to circulate when using moist air as the heat transfer medium lower mass flows than when using water or dry air as the heat transfer medium. In addition, small temperature differences due to the steeper course of the specific enthalpy above the temperature when using moist air as the heat transfer medium can be used more effectively.

In 3 ist die Dichte von mit Wasserdampf gesättigter Luft (Bezugszeichen 42) über der Temperatur im Vergleich zu trockener Luft (Bezugszeichen 44) gezeigt, und zwar bei einem Druck von 1 bar. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich ist, ist die Dichteänderung von mit Wasserdampf gesättigter Luft bei der Abkühlung größer als diejenige trockener Luft. Dies bedeutet, dass der Transport feuchter Luft in dem Wärmekollektor 10 durch Naturkonvektion erleichtert ist.In 3 is the density of air saturated with water vapor (reference numeral 42 ) over the temperature compared to dry air (reference numeral 44 ), at a pressure of 1 bar. As can be seen from this graph, the density change of air saturated with water vapor on cooling is greater than that of dry air. This means that the transport of moist air in the heat collector 10 is facilitated by natural convection.

In der Erwärmungszone 20 wird feuchte Luft und insbesondere mit Wasserdampf gesättigte Luft als Wärmeträgermedium 16 durch den Wärmestrom 22 erhitzt. Dieser Wärmeaufnahmestrom wird in der Wärmeaufnahmeströmungsführung 26 zu dem Kondensator 34 geführt, wobei der Transport durch Naturkonvektion erfolgt. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist dazu die Außenhülle 12 an das Fenster 24 am Ende der Erwärmungszone 20 anschließend, bezogen auf die Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums 16, eine Erhöhung 46 auf.In the heating zone 20 is moist air and in particular saturated with water vapor air as the heat transfer medium 16 through the heat flow 22 heated. This heat take-up stream becomes in the heat take-up flow guide 26 to the capacitor 34 guided, whereby the transport takes place by natural convection. At the in 1 shown embodiment has to the outer shell 12 at the window 24 at the end of the heating zone 20 subsequently, based on the flow direction of the heat transfer medium 16 , an increase 46 on.

Die Trennplatte 31 ist im wesentlichen parallel zu einem dem Fenster 24 abgewandten Boden 48 der Außenhülle 12 angeordnet. Zwischen dieser Trennplatte 31 und dem Boden 48 ist dann die Rückströmungsführung 28 gebildet. Das Fenster 24 ist in einem Winkel zu der Trennplatte 31 in Richtung der Erhöhung 46 hin angeordnet, so dass der Abstand des Fensters 24 zur Trennplatte 31 in Richtung der Erhöhung 46 zunimmt. Die Wärmeaufnahmeströmungsführung 26 zwischen dem Fenster 24 und der Trennplatte 31 weist daher eine sich in Richtung der Erhöhung 46 hin vergrößernde Querschnittsfläche auf, d. h. die Querschnittsfläche der Erwärmungszone 20 quer zur Strömungsrichtung des Wärmeaufnahmestroms 30 vergrößert sich in Strömungsrichtung des Wärmeaufnahmestroms 30.The partition plate 31 is essentially parallel to a window 24 remote ground 48 the outer shell 12 arranged. Between this partition plate 31 and the floor 48 is then the return flow guide 28 educated. The window 24 is at an angle to the partition plate 31 in the direction of the increase 46 arranged so that the distance of the window 24 to the separation plate 31 in the direction of the increase 46 increases. The heat absorption flow guide 26 between the window 24 and the separator plate 31 therefore points in the direction of the increase 46 towards increasing cross-sectional area, ie, the cross-sectional area of the heating zone 20 transverse to the flow direction of the heat absorption stream 30 increases in the flow direction of the heat absorption flow 30 ,

Der Kondensator 34 ist im Innenraum in der Erhöhung 46 bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb der Trennplatte 31 angeordnet. In der Erhöhung 46 wird dem Wärmeaufnahmestrom 30 eine Querkomponente erteilt, so dass seine Strömungsrichtung von der Richtung parallel zur Trennplatte 31 umgelenkt wird, damit der Kondensator 34 umströmt werden kann.The capacitor 34 is in the interior in the raise 46 relative to the direction of gravity above the partition plate 31 arranged. In the raise 46 becomes the heat absorption current 30 issued a transverse component, so that its flow direction from the direction parallel to the partition plate 31 is deflected so that the capacitor 34 can be flowed around.

Die feuchte Luft als Wärmeträgermedium, welche in der Erwärmungszone 20 erhitzt wurde, gibt neben Wärme an das Wärmeübertragungsmedium am Kondensator 34 auch Wasser ab. In einer Kondensatorströmungsführung 50 des Wärmekollektors 10 im Bereich des Kondensators 34 ist das Wärmeträgermedium in einer Strömungsrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung in der Rückströmungsführung 28 geführt. Nach dem Kondensator 34, bezogen auf die Strömungsrichtung des Wärmeaufnahmestroms 30, sind zwischen der Kondensatorströmungsführung 50 und der Erwärmungszone 20 eine oder mehrere Öffnungen 52 angeordnet, durch die Kondensat, d. h. am Kondensator 34 abgeschiedenes Wasser, in die Erwärmungszone 20 führbar ist. Durch dieses Kondensat wird eine der Erwärmungszone 20 zugewandte Oberfläche 54 der Trennplatte 31 befeuchtet. Durch den Wärmestrom 22 wird dann dieses Wasser verdampft und damit das Wärmeträgermedium in der Erwärmungszone 20 angefeuchtet, um mit Wasserdampf gesättigte Luft als Wärmeträgermedium zu erhalten.The moist air as a heat transfer medium, which in the heating zone 20 was heated, in addition to heat to the heat transfer medium at the condenser 34 also water off. In a condenser flow guide 50 of the heat collector 10 in the area of the capacitor 34 the heat transfer medium is in a flow direction substantially perpendicular to the flow direction in the return flow guide 28 guided. After the capacitor 34 , based on the flow direction of the heat absorption stream 30 , are between the condenser flow guide 50 and the heating zone 20 one or more openings 52 arranged, through the condensate, ie at the condenser 34 separated water, in the heating zone 20 is feasible. This condensate becomes one of the heating zone 20 facing surface 54 the partition plate 31 moistened. By the heat flow 22 then this water is evaporated and thus the heat transfer medium in the heating zone 20 moistened to get saturated with water vapor air as the heat transfer medium.

In der Kondensatorströmungsführung 50 ist im Bereich der Öffnung oder Öffnungen 52 noch ein Auffangelement 56 für Kondensat angeordnet, welches das an dem Kondensator 34 abgeschiedene Wasser sammelt, um es der oder den Öffnungen 52 zuführen zu können.In the condenser flow guide 50 is in the area of the opening or openings 52 another catchment element 56 arranged for condensate, which on the capacitor 34 Separated water collects to it or the openings 52 to be able to supply.

Das Auffangelement 56 ist selber mit Öffnungen in der Kondensatorströmungsführung 50 versehen, damit entfeuchtete Luft hindurchströmen kann, um den Rückstrom 32 zu bilden.The catch element 56 is itself with openings in the condenser flow guide 50 provided that dehumidified air can flow through to the return flow 32 to build.

Das Wärmeträgermedium 16 steht in dem Wärmekollektor 10 insbesondere im wesentlichen unter dem Umgebungsdruck, so dass die Anforderungen an die strukturelle Stabilität des Wärmekollektors 10 gering sind und entsprechend auch eine Vielzahl von Materialien eingesetzt werden kann. Das Wasser in dem Wärmekollektor steht ebenfalls unter dem Umgebungsdruck.The heat transfer medium 16 is in the heat collector 10 in particular, substantially below the ambient pressure, so that the requirements for the structural stability of the heat collector 10 are low and, accordingly, a variety of materials can be used. The water in the heat collector is also below ambient pressure.

Die Einsatztemperaturen liegen in der Größenordnung zwischen ca. 30°C und 90°C und damit liegt ein Niedertemperatur-Wärmekollektor vor. Auch dadurch sind die Anforderungen an das Material insbesondere der Außenhülle 12 verringert.The application temperatures are on the order of between about 30 ° C and 90 ° C and thus there is a low-temperature heat collector. This also makes the requirements for the material, in particular the outer shell 12 reduced.

Der erfindungsgemäße Wärmekollektor 10 lässt sich aufgrund der verringerten Anforderungen leichter anpassen, und zwar insbesondere in seiner äußeren Form und seinen äußeren Abmessungen. Beispielsweise kann die Außenhülle 12 über aufblasbare Luftpolster gebildet werden ("Schlauch-Wärmekollektor"), welcher sich leicht verstauen lässt, indem die Luftkammern geleert werden. Die Einsatzform ergibt sich, wenn die Luftkammern gefüllt werden.The heat collector according to the invention 10 is easier to adjust due to the reduced requirements, especially in its external shape and dimensions. For example, the outer shell 12 are formed via inflatable air cushion ("hose heat collector"), which can be easily stowed by the air chambers are emptied. The form of use results when the air chambers are filled.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung von Wärme aus dem Wärmestrom 22 in das Wärmeübertragungsmedium funktioniert wie folgt:
Die Erwärmungszone 20 ist durch den Wärmestrom 22 und insbesondere einen Solarstrom großflächig wärmebeaufschlagt. Durch diese Erwärmungszone 20 wird trockene Luft geführt (insoweit trocken, als sie an dem Kondensator 34 entfeuchtet wurde). In der Erwärmungszone 20 nimmt sie Feuchtigkeit auf, d. h. sie wird angefeuchtet und insbesondere so weit angefeuchtet, dass sie mit Wasserdampf gesättigt ist. Das dazu nötige Wasser stammt dabei von dem Kondensator 34, von wo es über die Öffnung oder Öffnungen 52 der Erwärmungszone 20 zugeführt wird. Die Verdampfung dieses Wassers in der Erwärmungszone 20 erfolgt dabei ebenfalls über den Wärmestrom 22.The inventive method for transferring heat from the heat flow 22 into the heat transfer medium works as follows:
The heating zone 20 is due to the heat flow 22 and in particular a solar power over a large area heat-exposed. Through this heating zone 20 Dry air is led (as far as dry, as it is at the condenser 34 dehumidified). In the heating zone 20 It absorbs moisture, ie it is moistened and especially moistened so that it is saturated with water vapor. The necessary water comes from the condenser 34 from where there is over the opening or openings 52 the heating zone 20 is supplied. The evaporation of this water in the heating zone 20 also takes place via the heat flow 22 ,

Das in der Erwärmungszone 20 erhitzte Wärmeträgermedium (feuchte Luft) wird dem Kondensator 34 zugeführt, wo das Wasser kondensiert und abgeschieden wird. In dem Kondensator 34 strömt das Wärmeübertragungsmedium, das dadurch erwärmt wird. An dem Kondensator 34 wird dann das Wärmeträgermedium abgekühlt und entfeuchtet, wobei wie bereits beschrieben das abgeschiedene Wasser der Erwärmungszone zur Anfeuchtung des Wärmeträgermediums benutzt wird.That in the warming zone 20 heated heat transfer medium (moist air) becomes the condenser 34 fed, where the water is condensed and separated. In the condenser 34 flows the heat transfer medium, which is heated by it. On the condenser 34 Then, the heat transfer medium is cooled and dehumidified, wherein, as already described, the separated water of the heating zone is used for moistening the heat transfer medium.

Die am Kondensator 34 entfeuchtete Luft wird zunächst in der Kondensatorströmungsführung 50 und dann in der Rückströmungsführung 28 wiederum der Erwärmungszone 20 zugeführt, d. h. es ist ein Strömungskreislauf 18 für Wärmeträgermedium gebildet. (Das eigentliche Wärmeträgermedium stellt die in der Erwärmungszone 20 angefeuchtete Luft dar.)The on the capacitor 34 Dehumidified air is first in the condenser flow guide 50 and then in the return flow guide 28 again the heating zone 20 fed, ie it is a flow circuit 18 formed for heat transfer medium. (The actual heat transfer medium represents that in the heating zone 20 moistened air.)

Durch das Fenster 24 wird dabei die Erwärmungszone 20 großflächig mit dem Wärmestrom 22 beaufschlagt.Through the window 24 becomes the heating zone 20 large area with the heat flow 22 applied.

Da das Wärmeträgermedium feuchte Luft ist, welche unter Umgebungsdruck steht, sind geringe Anforderungen an die strukturelle Stabilität des Wärmekollektors und die Materialien hierzu gestellt. Es lassen sich dadurch Leichtbau-Wärmekollektoren herstellen. Auch eine niedrige flächenspezifische Leistung lässt sich ausnutzen, wie es beispielsweise bei solarer Einstrahlung oder bei geothermischen Energiequellen der Fall ist. Die Form des Wärmekollektors kann leicht an äußere Gegebenheiten angepasst werden; insbesondere ist es möglich, auch variable Strukturen zu realisieren ("Schlauch-Wärmekollektor"). Die Wärmeübertragung und Stoffübertragung kann in dem Wärmekollektor optimiert werden durch entsprechende Einbauten und eine angepasste Strömungsgeometrie. Ein Transport des Wärmeträgermediums innerhalb des Wärmekollektors läßt sich durch Naturkonvektion erreichen.There the heat transfer medium moist air, which is under ambient pressure, are low requirements to the structural stability of the heat collector and the materials provided. It can thereby produce lightweight heat collectors. Also a low area specific performance let yourself exploit, as for example in solar radiation or at geothermal energy sources is the case. The shape of the heat collector Can be easily adapted to external conditions be adjusted; In particular, it is possible, even variable structures to realize ("hose heat collector"). The heat transfer and mass transfer can in the heat collector be optimized by appropriate installations and an adapted Flow geometry. A transport of the heat transfer medium inside the heat collector lets itself through Achieve natural convection.

Mögliche Anwendungsgebiete für den erfindungsgemäßen Wärmekollektor und für das erfindungsgemäße Verfahren sind beispielsweise Niedertemperatur-Solarkollektoren. Es ist auch denkbar, diese so auszugestalten ("Schlauch-Wärmekollektor"), dass diese zu bestimmten Zeiten im Einsatz sind und zu anderen Zeiten verstaut werden, indem ihre äußeren Abmessungen minimiert werden. Eine weitere Anwendung ist möglich in Bereichen, in welchen vorgegebene Geometrien die Gestalt eines Wärmekollektors einschränken, wie beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs. Daneben lassen sich solche Wärmekollektoren auch einsetzen in Bereichen, in denen Leichtbau wünschenswert ist, wie beispielsweise bei der Klimatisierung im Luftfahrtbereich oder im Thermalhaushalt von Leichtbaukraftfahrzeugen.Possible applications for the heat collector according to the invention and for the inventive method are for example low temperature solar collectors. It is also conceivable to design these so ("hose heat collector") that these too certain times are in use and stowed at other times be by their outer dimensions be minimized. Another application is possible in areas where given geometries restrict the shape of a heat collector, such as for example, in the engine compartment of a motor vehicle. Next to it can be such heat collectors also use in areas where lightweight construction is desirable such as air conditioning in the aviation sector or in the thermal household of lightweight vehicles.

Claims (29)

Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem Wärmestrom auf ein Wärmeübertragungsmedium über ein Wärmeträgermedium, bei dem der Wärmestrom auf eine Beaufschlagungsfläche wirkt, wobei das Wärmeträgermedium an der Beaufschlagungsfläche vorbeigeführt wird und über die Beaufschlagungsfläche eine Erwärmungszone geheizt wird, durch die das Wärmeträgermedium geführt wird, und bei dem in der Erwärmungszone flüssiges Wasser zur Anfeuchtung des Wärmeträgermediums verdampft wird, und als Wärmeträgermedium feuchte Luft eingesetzt wird.Method for transferring heat from a heat flow on a heat transfer medium over Heat transfer medium, where the heat flow on an admission area acts, the heat transfer medium at the loading area past will and over the loading area a heating zone is heated, through which the heat transfer medium to be led, and in the heating zone liquid water evaporated to moisten the heat transfer medium is, and as a heat transfer medium moist air is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium über einen Kondensator Wärme an das Wärmeübertragungsmedium abgibt.Method according to claim 1, characterized in that that the heat transfer medium via a capacitor Heat on the heat transfer medium emits. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiges Wasser von dem Kondensator der Erwärmungszone zugeführt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that liquid Water from the condenser is supplied to the heating zone. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einem Wärmeaufnahmestrom durch eine Erwärmungszone zu einem Kondensator geführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heat transfer medium in a heat input stream through a heating zone led to a capacitor becomes. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaufnahmestrom angefeuchtet wird.Method according to claim 4, characterized in that that the heat input stream is moistened. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einem Rückstrom von einem Kondensator zu der Erwärmungszone geführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heat transfer medium in a reflux from a condenser to the heating zone guided becomes. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstrom entfeuchtete Luft umfasst.Method according to Claim 6, characterized that the backflow includes dehumidified air. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einem Strömungskreislauf geführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heat transfer medium in a flow circuit to be led. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt des Wärmeträgermediums in dem Strömungskreislauf in Strömungsrichtung zu einem Kondensator hin zunimmt.Method according to claim 8, characterized in that that the moisture content of the heat transfer medium in the flow circuit in the flow direction increases towards a condenser. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsführung von Wärmeaufnahmestrom und Rückstrom durch eine Trennfläche getrennt sind.Method according to one of claims 4 to 9, characterized that a flow guide of Heat absorption power and reverse current through a dividing surface are separated. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmungszone zwischen der Beaufschlagungsfläche und der Trennfläche gebildet wird.Method according to claim 10, characterized in that that a heating zone between the loading area and the interface is formed. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium im wesentlichen unter Umgebungsdruck steht.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heat transfer medium is substantially below ambient pressure. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium auf Temperaturen im Bereich zwischen ca. 30°C bis 90°C erhitzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heat transfer medium is heated to temperatures in the range between about 30 ° C to 90 ° C. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium bei der Erwärmung im wesentlichen mit Wasserdampf gesättigt ist oder wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the heat transfer medium during warming is substantially saturated with water vapor or is. Wärmekollektor, umfassend eine Beaufschlagungsfläche (24) für einen Wärmestrom (22), eine damit in Wirkverbindung stehende Erwärmungszone (20), durch die ein Wärmeträgermedium (16) führbar ist, und eine Befeuchtungsvorrichtung (52) zum Anfeuchten von Luft, um feuchte Luft als Wärmeträgermedium (16) einzusetzen.Heat collector comprising an impact surface ( 24 ) for a heat flow ( 22 ), a heating zone operatively connected thereto ( 20 ), through which a heat transfer medium ( 16 ) and a humidifying device ( 52 ) for moistening air to moist air as a heat transfer medium ( 16 ). Wärmekollektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungsvorrichtung (52) so angeordnet und ausgebildet ist, dass flüssiges Wasser in die Erwärmungszone (20) führbar ist.Heat collector according to claim 15, characterized in that the moistening device ( 52 ) is arranged and designed so that liquid water in the heating zone ( 20 ) is feasible. Wärmekollektor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser in der Erwärmungszone (20) zur Luftanfeuchtung verdampfbar ist.Heat collector according to claim 15 or 16, characterized in that water in the heating zone ( 20 ) is vaporizable for Luftanfeuchtung. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Erwärmungszone (20) Luft mit Wasserdampf sättigbar ist.Heat collector according to one of claims 15 to 17, characterized in that in the heating zone ( 20 ) Air is saturable with water vapor. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (34) vorgesehen ist, an dem Wärme von dem Wärmeträgermedium (16) auf ein Wärmeübertragungsmedium abgebbar ist.Heat collector according to one of claims 15 to 18, characterized in that a capacitor ( 34 ) is provided on the heat from the heat transfer medium ( 16 ) is deliverable to a heat transfer medium. Wärmekollektor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Befeuchtungsvorrichtung (52) flüssiges Wasser von dem Kondensator (34) in die Erwärmungszone (20) führbar ist.Heat collector according to claim 18, characterized in that by means of the moistening device ( 52 ) liquid water from the condenser ( 34 ) into the heating zone ( 20 ) is feasible. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsführung (26, 28) für das Wärmeträgermedium (16) vorgesehen ist.Heat collector according to one of claims 15 to 20, characterized in that a flow guide ( 26 . 28 ) for the heat transfer medium ( 16 ) is provided. Wärmekollektor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführung eine Wärmeaufnahmeströmungsführung (26) durch die Erwärmungszone (20) und eine Rückströmungsführung (28) umfasst.Heat collector according to claim 21, characterized in that the flow guide comprises a heat absorption flow guide ( 26 ) through the Heating zone ( 20 ) and a return flow guide ( 28 ). Wärmekollektor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wärmeaufnahmeströmungsführung (26) und Rückströmungsführung (28) bezogen auf die Strömungsrichtung ein Kondensator (34) angeordnet ist.Heat collector according to claim 22, characterized in that between heat intake flow guide ( 26 ) and return flow guide ( 28 ) relative to the flow direction, a capacitor ( 34 ) is arranged. Wärmekollektor nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wärmeaufnahmeströmungsführung (26) und Rückströmungsführung (28) eine Trennfläche (31) angeordnet ist.Heat collector according to claim 22 or 23, characterized in that between heat absorption flow guide ( 26 ) and return flow guide ( 28 ) a separating surface ( 31 ) is arranged. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmekollektor als Niedertemperaturkollektor ausgebildet ist.heat collector according to one of claims 15 to 24, characterized in that the heat collector as a low temperature collector is trained. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium (16) im wesentlichen unter Umgebungsdruck steht.Heat collector according to one of claims 15 to 25, characterized in that the heat transfer medium ( 16 ) is substantially below ambient pressure. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass er derart ausgebildet ist, daß seine Gestalt veränderbar ist.heat collector according to one of claims 15 to 26, characterized in that it is designed such that his Shape changeable is. Wärmekollektor nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch Luftkammern, durch die eine bestimmte Gestalt des Wärmekollektors einstellbar ist.heat collector according to claim 27, characterized by air chambers through which a certain shape of the heat collector is adjustable. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmestrom (22) ein Solarenergie-Wärmestrom ist.Heat collector according to one of claims 15 to 28, characterized in that the heat flow ( 22 ) is a solar energy heat flow.