Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/162269
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat exchanger system, in particular for arranging in heat sources (14) or heat sinks comprising fluid media, for example in surface waters, comprising a heat exchanger unit (74), which is arranged between at least one feed line (34) and at least one discharge line (36) and which has line layers (82), which are arranged one over the other in a stacking direction (76) and extend perpendicularly to the stacking direction (76) and through the inside of the lines (96) of which a heat exchange medium flows, which lines are in contact on the outside with the heat source (14), in particular the fluid medium of the heat source (14), at least one of the lines (96) in each line layer (82) extending in the form of a spiral line (96) around a center axis (88) of the heat exchanger unit (74). The aim of the invention is to improve the heat exchanger system in such a way that the heat exchanger system enables the most efficient heat exchange possible. This aim is achieved, according to the invention, in that the spiral line (96) in one line layer (82a) is connected at a first end (102a) to the feed line (34) and at a second end (104a) to a corresponding second end (104b) of a further spiral line (96) in a further line layer (82) and that the further line layer (82b) is connected by means of the first end (102b) thereof to the discharge line (36).

More Like This:
JP2014020645HOLDING MEMBER
Inventors:
LEPERS, Ingo (Drosselstrasse 36, Grefrath, 47929, DE)
STEINS, Peter (Blumenstrasse 26, Meerbusch, 40667, DE)
SCHWENGERS, Harald (Decksteiner Strasse 60a, Hürth, 50354, DE)
KREMEROV, Igor (Uerdinger Strasse 227, Krefeld, 47800, DE)
Application Number:
EP2019/054086
Publication Date:
August 29, 2019
Filing Date:
February 19, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ELRINGKLINGER AG (Max-Eyth-Strasse 2, Dettingen, 72581, DE)
POLYTETRA GMBH (Hocksteiner Weg 40, Mönchengladbach, 41189, DE)
International Classes:
F28F9/013; F24V50/00; F28D1/02; F28D7/04; F28F9/02
Domestic Patent References:
WO2012009802A12012-01-26
WO2017093426A12017-06-08
WO2012009802A12012-01-26
Foreign References:
EP1724543A12006-11-22
FR2817332A12002-05-31
GB138870A1921-08-08
FR771245A1934-10-03
DE202007002734U12007-04-26
DE1907881A11970-09-03
US3451986A1969-06-24
DE19933820A12000-10-12
Attorney, Agent or Firm:
HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (Uhlandstrasse 14 c, Stuttgart, 70182, DE)
Download PDF:
Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Wärmeübertragersystem, insbesondere zur Anordnung in fluide Medien umfassenden Wärmequellen (14) oder Wärmesenken, beispielsweise Oberflächengewässern, umfassend eine zwischen mindestens einer Zuleitung (34) und mindestens einer Ableitung (36) angeordnete Wärmeübertragereinheit (74), welche in einer Stapelrichtung (76) übereinanderliegend angeordnete und sich quer zur Stapelrichtung (76) erstreckende Leitungslagen (82) aufweist, deren Leitungen (96) innenseitig von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt sind und außenseitig in Kontakt mit der Wärmequelle (14), insbesondere dem fluiden Medium der Wärmequelle (14), stehen, wobei mindestens eine der Leitungen in der jeweiligen Leitungslage (82) in Form einer Spiralleitung (96) um eine Mittelachse (88) der Wärmeübertrager- einheit (74) verläuft,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Spiralleitung (96) in einer Leitungslage (82a) an einem ersten Ende (102a) mit der

Zuleitung (34) und an einem zweiten Ende (104a) mit einem

entsprechenden zweiten Ende (104b) einer weiteren Spiralleitung (96) in einer weiteren Leitungslage (82) verbunden ist und dass die weitere Leitungslage ( 82b) mit ihrem ersten Ende (102b) mit der Ableitung (36) verbunden ist.

2. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungslagen (82a, 82b) der einen Spiralleitung (96a) und der anderen Spiralleitung (96b) in Stapelrichtung (76) unmittelbar aufeinander folgen.

3. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Leitungslage (82) mindestens zwei Spiralleitungen (96) nebeneinanderliegend verlaufen.

4. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Enden (104) radial außen- liegende Spiralleitungsenden der jeweiligen Spiralleitung (96) sind und die zweiten Enden radial innenliegende Spiralleitungsenden (104) der jeweiligen Spiralleitung (96) sind.

5. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Spiralleitung (96) der weiteren Leitungslage das Wärmetransportmedium in der- selben Strömungsumlaufrichtung (Ul, U2) weiterströmt.

6. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralleitungen (96) in allen

Leitungslagen (82) so verlaufen, dass sich in der Wärmeübertrager- einheit (74) in der Stapelrichtung (76) erstreckende Leitungsstapel (106) ausbilden.

7. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralleitungen (96) in den verschiedenen Leitungslagen (82) so verlaufen, dass in jeder durch die Mittelache (88) verlaufenden radialen Schnittebene (Rb) ein radialer Abstand einer Spiralleitung (96) in einer Leitungslage (82) von dem radialen abstand in der in der Stapelrichtung (76) nächstfolgenden Leitungslage um maximal das 0,7-fache eines Leitungsdurchmessers abweicht.

8. Wärmeübertragersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragereinheit (74) in einer ersten Strömungs- umlaufrichtung (Ul) durchströmte Leitungslagen (82a, 82b) und in einer zweiten entgegengesetzten Strömungsumlaufrichtung (U2) durchströmte Leitungslagen (82a, 82b) aufweist.

9. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stapelrichtung (76) der Wärme- übertragereinheit (74) auf mindestens ein Paar von Leitungslage (82a, 82b) mit den in einer ersten Strömungsumlaufrichtung (Ul) durch- strömten Spiralleitungen (96) mindestens ein Paar von Leitungslagen (82a, 82b) mit den in einer zweiten entgegengesetzten Strömungs- umlaufrichtung (U2) durchströmten Spiralleitungen (96) folgt.

10. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmeübertragereinheit (74) die Anzahl der Paare von Leitungslagen (82a, 82b), die in einer ersten Strömungsumlaufrichtung (Ul) durchströmt sind, der Anzahl der Paare von Leitungslagen (82a, 82b), die in einer zweiten Strömungsumlauf- richtung (U2) durchströmt sind, im Wesentlichen entspricht.

11. Wärmeübertragersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2) eine Verzweigungseinheit (112a, 112b) zur Verbindung mit der Zuleitung (34) für das Wärmetransportmedium vorgesehen ist.

12. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der ersten und zweiten

Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2) jeweils eine Verzweigungseinheit (114a, 114b) zur Verbindung mit der Ableitung (36) für das Wärme- transportmedium vorgesehen ist.

13. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass in jeder Verzweigungseinheit (112, 114) eine

Verbindung der Zuleitung (34) oder Ableitung (36) mit in der

Verzweigungseinheit (112, 114) ausgebildeten und mit den einzelnen Spiralleitungen (96) verbundenen Zweigkanälen (134) erfolgt.

14. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Verzweigungseinheit (112, 114) die Mittelachsen der Zweigkanäle (134) ungefähr parallel zur

Strömungsrichtung (128) in einem zu den Zweigkanälen (134) führenden Strömungsführungsstück (126) verlaufen.

15. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (34) mittels einer

Verzweigung mit zwei jeweils Wärmetransportmedium in einander entgegengesetzten ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2) abgebenden Verzweigungseinheiten (112a, 112b) verbunden ist.

16. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (36) mit zwei das

Wärmetransportmedium jeweils mit den entgegengesetzten ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2) sammelnden

Verzweigungseinheiten (114a, 114b) verbunden ist.

17. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchströmung der Wärmeüber- tragereinheit (74) durch Konvektion, insbesondere ausschließlich durch Konvektion, erfolgt.

18. Wärmeübertragersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragersystem (10) bezüglich des fluiden Mediums der Wärmequelle (14) oder Wärme- senke schwimmfähig ausgebildet ist.

19. Wärmeübertragersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragereinheit (74) in einem Gehäuse (40) angeordnet und von diesem umschlossen ist.

20. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (40) mit Auftriebskörpern (142, 144) versehen ist.

21. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine durch Durchströmungsöffnungen (52) des

Gehäuses (40) zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnittsfläche größer ist als eine durch Zwischenräume (108) zwischen den Spiral- leitungen (96) in den Leitungslagen (82) der Wärmeübertragereinheit (74) zur Verfügung stehende Strömungsquerschnittsfläche.

22. Wärmeübertragersystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21,

dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (40) einen oberen und einen unteren Gehäusedeckel (42, 44) aufweist, die durch einen Mantelkörper (46) miteinander verbunden sind.

23. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungsöffnungen (52) im oberen und unteren Gehäusedeckel (42, 44) angeordnet sind.

Description:
WARMEUBERTRAGERSYSTEM

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragersystem, insbesondere zur

Anordnung in fluide Medien umfassenden Wärmequellen oder Wärmesenken, beispielsweise Oberflächengewässern, umfassend eine zwischen mindestens einer Zuleitung und mindestens einer Ableitung angeordnete Wärme- übertragereinheit, welche in einer Stapelrichtung übereinanderliegend angeordnete und sich quer zur Stapelrichtung erstreckende Leitungslagen aufweist, deren Leitungen innenseitig von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt sind und außenseitig in Kontakt mit der Wärmequelle,

insbesondere dem fluiden Medium der Wärmequelle, stehen, wobei mindestens eine der Leitungen in der jeweiligen Leitungslage in Form einer Spiralleitung um eine Mittelachse der Wärmeübertragereinheit verläuft.

Ein derartiges Wärmeübertragersystem ist beispielsweise aus der

WO 2012/009802 Al bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Wärmeübertrager- system derart zu verbessern, dass dieses einen möglichst effizienten Wärme- Übertrag ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmeübertragersystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spiralleitung in einer Leitungslage an einem ersten Ende mit einer Zuleitung und an einem zweiten Ende mit einem entsprechenden zweiten Ende einer weiteren Spiral- leitung in einer weiteren Leitungslage verbunden ist und dass die weitere Leitungslage mit ihrem ersten Ende mit der Ableitung verbunden ist. Diese erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, den Wärmeübertrag zu optimieren und außerdem den Aufbau kompakt zu gestalten.

Prinzipiell könnten die Leitungslagen in nennenswertem Abstand voneinander in der Wärmeübertrageinheit angeordnet sein.

Ein besonders effizienter Aufbau ist jedoch dann möglich, wenn die Leitungs- lagen der einen Spiralleitung und der anderen Spiralleitung in Stapelrichtung unmittelbar aufeinanderfolgen, so dass in einfacher Weise eine Verbindung der Spiralleitungen möglich ist.

Ferner ist es prinzipiell möglich, pro Leitungslage eine Spiralleitung vorzu- sehen. Besonders effizient ist die Wärmeübertragereinheit dann, wenn in jeder Leitungslage mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, Spiralleitungen nebeneinander verlaufen, so dass dadurch die Effizienz des Wärmeübertrags gesteigert werden kann.

Hinsichtlich eines möglichst kompakten Aufbaus ist es günstig, wenn die ersten Enden der Spiralleitungen radial außenliegende Spiralleitungsenden der jeweiligen Spiralleitung sind und die zweiten Enden der Spiralleitung radial innenliegende Spiralleitungsenden der jeweiligen Spiralleitung sind, so dass die Verbindung sowohl mit der Zuleitung als auch mit der Ableitung im Bereich der radial außenliegenden Spiralleitungsenden und somit hinsichtlich des Raumbedarfs optimal erfolgen kann.

Ferner wäre es denkbar, die Strömungsumlaufrichtung beim Übergang von der Spiralleitung in der einen Leitungslage zur Spiralleitung in der weiteren

Leitungslage zu ändern. Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, dass in der mindestens einen Spiralleitung der weiteren Leitungslage das Wärmetransportmedium in derselben Strömungsumlaufrichtung weiterströmt, so dass die an ihren zweiten Enden miteinander verbundenen Spiralleitungen in der Stapelrichtung dicht aufeinanderfolgend und somit raumsparend angeordnet werden können.

Die Spiralleitungen könnten grundsätzlich in den Leitungslagen beliebig und insbesondere unabhängig von den benachbarten Leitungslagen verlaufen.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Spiralleitungen in allen Leitungs- lagen so verlaufen, dass sich in der Wärmeübertragereinheit sich in Stapel- richtung erstreckende Leitungsstapel ausbilden, zwischen denen in der Stapel- richtung erstreckende Zwischenräume liegen, durch welche das fluide Medium der Wärmequelle hindurchtritt, um Wärme an die Spiralleitungen abzugeben.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Verlauf der Spiralleitungen in den verschiedenen Leitungslagen so erfolgt, dass in jeder durch die Mittelachse verlaufenden radialen Schnittebene ein radialer Abstand einer Spiralleitung in einer Leitungslage von dem radialen Abstand in der Stapelrichtung nächst- folgender Leitungslage um maximal das 0,7-fache, noch besser maximal das 0,6-fache, eines Leitungsdurchmesser abweicht.

Prinzipiell könnten alle jeweils eine der miteinander verbundenen Spiral- leitungen aufweisenden Leitungslagen in derselben Strömungsumlaufrichtung von dem Wärmetransportmedium durchströmt werden.

Insbesondere ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Wärmeübertragereinheit in einer ersten Strömungsumlaufrichtung durchströmte Leitungslagen und in einer zweiten Strömungsumlaufrichtung durchströmte Leitungslagen aufweist, so dass in einer Strömungsumlaufrichtung und in der entgegengesetzten Strömungsumlaufrichtung durchströmte Leitungslagen vorliegen. Besonders effizient ist die Wärmeübertragereinheit allerdings dann, wenn in der Stapelrichtung der Wärmeübertragereinheit auf mindestens ein Paar von Leitungslagen mit den in einer ersten Strömungsrichtung durchströmten Spiralleitungen mindestens ein Paar von Leitungslagen mit denen in einer zweiten, entgegengesetzten Strömungsumlaufrichtung durchströmten Spiral- leitungen folgt.

Somit wechseln sich in vorteilhafter Weise die in unterschiedlichen

Strömungsumlaufrichtungen durchströmten Leitungslagen ab.

Um eine möglichst gleichmäßige Wirkungsweise der Wärmeübertragereinheit zu erreichen ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Anzahl der Paare von Leitungslagen, die in einer ersten Strömungsumlaufrichtung durchströmt sind, der Anzahl der Paare von Leitungslagen, die in einer zweiten Strömungs- umlaufrichtung durchströmt sind, im Wesentlichen entspricht.

Das heißt, dass vorteilhafter Weise dieselbe Zahl von Paaren von Leitungs- lagen vorhanden ist, die in der ersten Strömungsumlaufrichtung und in der zweiten Strömungsumlaufrichtung durchströmt sind.

Um die in unterschiedlichen Strömungsumlaufrichtungen durchströmten Leitungslagen in geeigneter Weise mit dem Wärmetransportmedium zu versorgen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass für jede der ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen eine Verzweigungseinheit zur Verbindung mit der Zuleitung für das Wärmetransportmedium vorgesehen ist, so dass in einfacher Weise das Wärmetransportmedium in den jeweiligen, einander entgegen- gesetzten Strömungsumlaufrichtungen den Spiralleitungen in den Leitungs- lagen zugeführt werden kann.

Ferner ist es günstig, wenn für jede der ersten und zweiten Strömungsumlauf- richtungen jeweils eine Verzweigungseinheit zur Verbindung mit der Ableitung für das Wärmetransportmedium vorgesehen ist. Insbesondere sind die Verzweigungseinheiten so ausgebildet, dass in jeder Verzweigungseinheit eine Verbindung der Zuleitung oder Ableitung mit in der Verzweigungseinheit ausgebildeten und mit den einzelnen Spiralleitungen verbundenen Zweigkanälen erfolgt.

Um einen optimalen Strömungsübergang zu den Zweigkanälen zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass in jeder Verzweigungseinheit Mittelachsen der Zweigkanäle ungefähr parallel zur Strömungsrichtung in einem zu den einzelnen Zweigkanälen führenden Strömungsführungsstücks verlaufen.

Unter einem ungefähr parallelen Verlauf der Strömungsrichtung und der Zweigkanäle ist dabei ein derartiger Verlauf derselben zu verstehen, dass ein Winkel zwischen diesen kleiner als 30°, noch besser kleiner als 20°, und vorzugsweise kleiner als 10°, ist.

Mit einer derartigen Konzeption der Verzweigungseinheiten wird eine optimale und gleichmäßige Aufteilung des in der Strömungsrichtung im Strömungs- führungsstück anströmenden Wärmetransportmediums auf die Zweigkanäle erreicht.

Die Zufuhr des Wärmetransportmediums in den einander entgegengesetzten Strömungsumlaufrichtungen ist vorzugsweise dadurch einfach realisierbar, dass die Zuleitung mit zwei jeweils Wärmetransportmedien jeweils in einander entgegengesetzten ersten und zweiten Strömungsrichtungen abgebenden Verzweigungseinheiten verbunden ist.

Ferner ist ebenfalls vorgesehen, dass die Ableitung mit zwei das Wärme- transportmedium jeweils mit den entgegengesetzten ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen sammelnden Verzweigungseinheiten verbunden ist. Hinsichtlich des Betriebs des erfindungsgemäßen Wärmeübertragersystems wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.

So wäre es beispielsweise denkbar, das Wärmeübertragungssystem so aus- zubilden, dass das fluide Medium die Wärmeübertragereinheit zwangs- getrieben durchströmt, das heißt beispielsweise aufgrund einer vorhandenen oder generierten Strömung des fluiden Mediums beim Eintritt in das Wärme- übertragersystem durchströmt.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass die Durchströmung der Wärmeübertragereinheit durch Konvektion, insbesondere ausschließlich durch Konvektion, erfolgt.

Diese Lösung hat den großen Vorteil, dass keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen werden müssen, um entweder das bereits aufgrund einer vor- handenen Strömung anströmende fluide Medium in geeigneter weise in das Wärmeübertragersystem einzuleiten oder durch besondere Maßnahmen eine Strömung des fluiden Mediums beim Eintritt in das Wärmeübertragersystem zu erzeugen.

Vielmehr kann bei der Durchströmung der Wärmeübertragereinheit durch Konvektion jegliche derartige Maßnahme unterbleiben und ist auch für den Austausch der Wärme in der Wärmeübertragereinheit irrelevant.

Um das erfindungsgemäße Wärmeübertragersystem optimal einsetzen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Wärmeübertragersystem bezüglich des fluiden Mediums der Wärmequelle oder Wärmesenke schwimm- fähig ausgebildet ist, das heißt, dass das Wärmeübertragersystem so aus- gebildet ist, dass es in dem fluiden Medium der Wärmequelle schwimmen kann, wobei das Wärmeübertragersystem dabei vorzugsweise allseitig von dem fluiden Medium der Wärmequelle umgeben ist. Im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung des Wärmeübertragersystems wurde nicht näher darauf eingegangen, wie die Wärmeübertragereinheit ihrerseits angeordnet und insbesondere gegen diese beschädigende Umgebungseinflüsse geschützt werden soll.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Wärmeübertragereinheit in einem Gehäuse angeordnet und von diesem umschlossen ist, so dass durch das Gehäuse ein Schutz der Wärmeübertragereinheit, insbesondere ein Schutz der Spiralleitungen in den Leitungslagen gewährleistet ist.

Im Fall eines derartigen Gehäuses lässt sich die schwimmfähige Ausbildung des Wärmeübertragersystems besonders einfach dadurch realisieren, dass das Gehäuse mit Auftriebskörpern versehen ist, welche den zur schwimmfähigen Ausbildung erforderlichen Auftrieb zur Verfügung stellen.

Um bei einem vorgesehenen Gehäuse sicherzustellen, dass eine optimale Durchströmung der Wärmeübertragereinheit erfolgt, ist vorzugsweise vor- gesehen, dass eine durch Durchströmungsöffnungen des Gehäuses zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnittsfläche größer ist, als eine durch Zwischenräume zwischen den Spiralleitungen in den Leitungslagen der

Wärmeübertragereinheit zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitts- fläche, so dass die Durchströmungsöffnungen des Gehäuses keinen Einfluss auf die Durchströmung der Wärmeübertragereinheit haben.

Besonders günstig ist es, wenn die Durchströmungsquerschnittsfläche der Durchströmungsöffnungen des Gehäuses um einen Faktor 2, noch besser um einen Faktor 3, größer ist als die durch Zwischenräume zwischen den Spiral- leitungen in den Leitungslagen der Wärmeübertragereinheit zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnittsfläche. Hinsichtlich des Gehäuses selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass das Gehäuse einen oberen und einen unteren Gehäusedeckel aufweist, die durch einen Mantelkörper mit- einander verbunden sind.

Ein derartiges Gehäuse lässt sich insbesondere vorteilhaft an das jeweils benötigte Volumen eines Innenraums des Gehäuses anpassen, je nachdem, welche Größe die Wärmeübertragereinheit aufweist.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Lösung dann, wenn die Durchströmungsöffnungen des Gehäuses im oberen und unteren Gehäuse- deckel angeordnet sind, die beispielsweise beim Betrieb des erfindungs- gemäßen Wärmeübertragersystems in Schwerkraftrichtung übereinander angeordnet sind, so dass in einfacher Weise eine Durchströmung des

Gehäuses sich in der Wärmeübertragereinheit ausbildende Konvektion realisierbar ist.

Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungs- formen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen :

1. Wärmeübertragersystem, insbesondere zur Anordnung in fluide Medien umfassenden Wärmequellen (14) oder Wärmesenken, beispielsweise Ober- flächengewässern, umfassend eine zwischen mindestens einer Zuleitung (34) und mindestens einer Ableitung (36) angeordnete Wärmeübertragereinheit (74), welche in einer Stapelrichtung (76) übereinanderliegend angeordnete und sich quer zur Stapelrichtung (76) erstreckende Leitungslagen (82) auf- weist, deren Leitungen (96) innenseitig von einem Wärmeübertragungs- medium durchströmt sind und außenseitig in Kontakt mit der Wärmequelle (14), insbesondere dem fluiden Medium der Wärmequelle (14), stehen, wobei mindestens eine der Leitungen in der jeweiligen Leitungslage (82) in Form einer Spiralleitung (96) um eine Mittelachse (88) der Wärmeübertragereinheit (74) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralleitung (96) in einer Leitungslage (82a) an einem ersten Ende (102a) mit der Zuleitung (34) und an einem zweiten Ende (104a) mit einem entsprechenden zweiten Ende

(104b) einer weiteren Spiralleitung (96) in einer weiteren Leitungslage (82) verbunden ist und dass die weitere Leitungslage ( 82b) mit ihrem ersten Ende (102b) mit der Ableitung (36) verbunden ist.

2. Wärmeübertragersystem nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungslagen (82a, 82b) der einen Spiralleitung (96a) und der anderen Spiralleitung (96b) in Stapelrichtung (76) unmittelbar aufeinander folgen.

3. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Leitungslage (82) mindestens zwei Spiralleitungen (96) nebeneinanderliegend verlaufen.

4. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Enden (104) radial außen- liegende Spiralleitungsenden der jeweiligen Spiralleitung (96) sind und die zweiten Enden radial innenliegende Spiralleitungsenden (104) der jeweiligen Spiralleitung (96) sind.

5. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Spiralleitung (96) der weiteren Leitungslage das Wärmetransportmedium in derselben Strömungsumlaufrichtung (Ul, U2) weiterströmt. 6. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralleitungen (96) in allen

Leitungslagen (82) so verlaufen, dass sich in der Wärmeübertragereinheit (74) in der Stapelrichtung (76) erstreckende Leitungsstapel (106) ausbilden.

7. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralleitungen (96) in den verschiedenen Leitungslagen (82) so verlaufen, dass in jeder durch die

Mittelache (88) verlaufenden radialen Schnittebene (Rb) ein radialer Abstand einer Spiralleitung (96) in einer Leitungslage (82) von dem radialen abstand in der in der Stapelrichtung (76) nächstfolgenden Leitungslage um maximal das 0,7-fache eines Leitungsdurchmessers abweicht.

8. Wärmeübertragersystem nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragereinheit (74) in einer ersten Strömungs- umlaufrichtung (Ul) durchströmte Leitungslagen (82a, 82b) und in einer zweiten entgegengesetzten Strömungsumlaufrichtung (U2) durchströmte Leitungslagen (82a, 82b) aufweist.

9. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stapelrichtung (76) der Wärme- übertragereinheit (74) auf mindestens ein Paar von Leitungslage (82a, 82b) mit den in einer ersten Strömungsumlaufrichtung (Ul) durchströmten Spiral- leitungen (96) mindestens ein Paar von Leitungslagen (82a, 82b) mit den in einer zweiten entgegengesetzten Strömungsumlaufrichtung (U2) durch- strömten Spiralleitungen (96) folgt. 10. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmeübertragereinheit (74) die Anzahl der Paare von Leitungslagen (82a, 82b), die in einer ersten

Strömungsumlaufrichtung (Ul) durchströmt sind, der Anzahl der Paare von Leitungslagen (82a, 82b), die in einer zweiten Strömungsumlaufrichtung (U2) durchströmt sind, im Wesentlichen entspricht.

11. Wärmeübertragersystem nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekenn- zeichnet, dass für jede der ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2) eine Verzweigungseinheit (112a, 112b) zur Verbindung mit der Zuleitung (34) für das Wärmetransportmedium vorgesehen ist.

12. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der ersten und zweiten

Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2) jeweils eine Verzweigungseinheit (114a, 114b) zur Verbindung mit der Ableitung (36) für das Wärmetransportmedium vorgesehen ist.

13. Wärmeübertragersystem nach Ausführungsform 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Verzweigungseinheit (112, 114) eine

Verbindung der Zuleitung (34) oder Ableitung (36) mit in der Verzweigungs- einheit (112, 114) ausgebildeten und mit den einzelnen Spiralleitungen (96) verbundenen Zweigkanälen (134) erfolgt.

14. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Verzweigungseinheit (112,

114) die Mittelachsen der Zweigkanäle (134) ungefähr parallel zur Strömungs- richtung (128) in einem zu den Zweigkanälen (134) führenden Strömungs- führungsstück (126) verlaufen.

15. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (34) mittels einer Verzweigung mit zwei jeweils Wärmetransportmedium in einander entgegen- gesetzten ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2)

abgebenden Verzweigungseinheiten (112a, 112b) verbunden ist.

16. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (36) mit zwei das

Wärmetransportmedium jeweils mit den entgegengesetzten ersten und zweiten Strömungsumlaufrichtungen (Ul, U2) sammelnden Verzweigungs- einheiten (114a, 114b) verbunden ist.

17. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchströmung der Wärmeüber- tragereinheit (74) durch Konvektion, insbesondere ausschließlich durch

Konvektion, erfolgt.

18. Wärmeübertragersystem nach einer der voranstehenden Ausführungs- formen, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragersystem (10) bezüglich des fluiden Mediums der Wärmequelle (14) oder Wärmesenke schwimmfähig ausgebildet ist.

19. Wärmeübertragersystem nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Wärmeübertragereinheit (74) in einem Gehäuse (40) angeordnet und von diesem umschlossen ist.

20. Wärmeübertragersystem nach Ausführungsform 19, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Gehäuse (40) mit Auftriebskörpern (142, 144) versehen ist. 21. Wärmeübertragersystem nach Ausführungsform 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Durchströmungsöffnungen (52) des

Gehäuses (40) zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnittsfläche größer ist als eine durch Zwischenräume (108) zwischen den Spiralleitungen (96) in den Leitungslagen (82) der Wärmeübertragereinheit (74) zur Verfügung stehende Strömungsquerschnittsfläche.

22. Wärmeübertragersystem nach einer der Ausführungsformen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (40) einen oberen und einen unteren Gehäusedeckel (42, 44) aufweist, die durch einen Mantelkörper (46) miteinander verbunden sind.

23. Wärmeübertragersystem nach Ausführungsform 22, dadurch

gekennzeichnet, dass die Durchströmungsöffnungen (52) im oberen und unteren Gehäusedeckel (42, 44) angeordnet sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach- folgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger

Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines erfindungs- gemäßen Wärmeübertragersystems in Verbindung mit einer Wärmepumpe zur Überführung von Wärme von einer Wärme- quelle, mit welcher das Wärmeübertragersystem in Verbindung steht, zu einer Wärmesenke;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungs- beispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragersystems; Fig. 3 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels des

erfindungsgemäßen Wärmeübertragersystems in Richtung des Pfeils A in Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Wärmeübertragersystems in Richtung des Pfeils B in Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Wärmeübertragersystems längs Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer von dem Wärme- übertragersystem umfassten Wärmeübertragereinheit;

Fig. 7 einen Schnitt längs Linie 7-7 in Fig. 6;

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Leitungslage des Wärmeübertrager- systems allerdings mit nur einer Spiralleitung;

Fig. 9 eine vereinfachte Darstellung einer Draufsicht auf zwei Leitungs- lagen mit nur jeweils einer Spiralleitung;

Fig. 10 eine Darstellung eines Trägerstegs des Wärmeübertragersystems zur Aufnahme der Spiralleitungen in den verschiedenen Leitungs- lagen;

Fig. 11 eine schematisch Darstellung einer Zufuhr von Wärmetransport- medium zu verschiedenen Leitungslagen;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Abfuhr von Wärmetransport- medium aus verschiedenen Leitungslagen; Fig. 13 eine schematisch Darstellung einer Zu- und Abfuhr von Wärme- transportmedium zu Leitungslagen in einer ersten Strömungs- umlaufrichtung;

Fig. 14 eine schematisch Darstellung der Zufuhr und Abfuhr von

Wärmetransportmedium zu einzelnen Leitungslagen mit jeweils unterschiedlicher Strömungsumlaufrichtung;

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine Verzweigungseinheit zur Aufteilung von in einer Zuleitung strömenden Wärmetransportmedium auf einzelne Spiralleitungen;

Fig. 16 einen Schnitt längs Linie 16-16 in Fig. 15;

Fig. 17 einen Schnitt längs Linie 17-17 in Fig. 15;

Fig. 18 eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungs- gemäßen Wärmeübertragersystems ähnlich Fig. 5 in dem fluiden Medium einer Wärmequelle;

Fig. 19 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 des ersten Ausführungsbeispiels mit Angabe einer Außenquerschnittsfläche des Gehäuses;

Fig. 20 eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wärmeübertragersystems mit Darstellung eines äußeren Raumvolumens des Gehäuses; Fig. 21 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungs- beispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschersystems mit zwei in einem vergrößerten Gehäuse angeordneten Wärme- tauschereinheiten und

Fig. 22 eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungs- beispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragersystems mit drei in einem vergrößerten Gehäuse angeordneten Wärme- tauschereinheiten.

Ein in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnetes Wärmeübertragersystem ist vorzugsweise vorgesehen zum Einsatz im Zusammenhang mit einer als

Ganzes mit 12 bezeichneten Wärmepumpe, wobei mittels des Wärme- übertragersystems 10 einer wärmeabgebenden und ein flüssiges Medium umfassenden Wärmequelle 14 Wärme entzogen wird und mittels eines wärmeabgebenden Wärmeübertragersystems 16 einer Wärmesenke 18 Wärme zugeführt wird.

Es ist aber auch möglich, mit dem Wärmeübertragersystem 10 eine Wärme- senke Wärme zuzuführen. Lediglich beispielhaft wird daher nachfolgend der Einsatz des Wärmeübertragersystems 10 im Zusammenhang mit einer

Wärmequelle beschrieben.

Hierzu umfasst die Wärmepumpe 12 beispielsweise einen Kältemittelkreislauf 20, in welchem ein Verdichter 22, ein wärmeabgebender Wärmeübertrager 24, ein Expansionsorgan 26 und ein wärmeaufnehmender Wärmeübertrager 28 angeordnet sind. Beispielsweise ist das Wärmeübertragersystem 10 mit dem wärme- aufnehmenden Wärmeübertrager 28 verbunden, insbesondere in einem eingangsseitigen Wärmetransportkreislauf 30 desselben angeordnet, in welchem mittels einer Pumpe 32 ein Wärmetransportmedium, beispielsweise Wasser oder Sole, umgewälzt wird und dabei über eine Zuleitung 34 dem Wärmeübertragersystem 10 zugeführt wird, welches über eine Ableitung 36 einer im Wärmetransportkreislauf 30 angeordneten Eingangsseite 38 des wärmeaufnehmenden Wärmeübertragers 28 zugeführt.

Ein erstes, in Fig. 2 bis 4 dargestelltes Ausführungsbeispiel des Wärme- übertragersystems 10, welches insbesondere zum Einsatz bei flüssigen Medien führenden Wärmequellen 14, wie Oberflächengewässern, vorgesehen ist, umfasst ein Gehäuse 40, welches einen oberen Gehäusedeckel 42 und einen unteren Gehäusedeckel 44 aufweist, die beide mit einem sich zwischen den Gehäusedeckeln 42 und 44 erstreckenden Mantelkörper 46 des Gehäuses 40 verbunden sind.

Sowohl der obere Gehäusedeckel 42 als auch der untere Gehäusedeckel 44 sind mit Durchströmöffnungen 52 versehen, welche es erlauben, dass durch einen der Gehäusedeckel 42, 44 das von der Wärmequelle 14 umfasste flüssige Medium eintritt und durch die Durchströmöffnungen 42 des anderen der Gehäusedeckel 44, 42 das von der Wärmesenke 14 umfasste flüssige Medium austritt.

Ferner sind die Gehäusedeckel 42, 44 beispielsweise mit abgeflachten

Bereichen 54 versehen, die sich insbesondere über den gesamten Durch- messer der Gehäusedeckel 42, 44 erstrecken, und beiderseits der

abgeflachten Bereiche 54 mit gewölbten Bereichen 56, 58 versehen, die beispielsweise symmetrisch zu den abgeflachten Bereichen 54 angeordnet sind. Dabei sind sowohl die abgeflachten Bereiche 54 als auch die gewölbten

Bereiche 56 und 58 mit den Durchströmöffnungen 52 versehen, um ein möglichst gleichmäßiges Einströmen des flüssigen Mediums der Wärmequelle 14 in das Gehäuse 40 zu ermöglichen.

Ferner sind die Gehäusedeckel 42, 44 noch vorzugsweise an ihrem Außenrand mit Fixierungselementen 62 versehen, die beispielsweise Durchbrüche 64 aufweisen, in welche Positionierungselemente eingreifen können, die dazu dienen, die Position des jeweiligen Wärmeübertragersystems 10 in der

Wärmesenke 14 festzulegen.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist in einem von dem Gehäuse 40 umschlossenen Innenraum 72 des Wärmeübertragersystems 40, der sich innerhalb des Mantelkörpers 46 von dem einen Gehäusedeckel 42 bis zum anderen

Gehäusedeckel 44 erstreckt, eine Wärmeübertragereinheit 74 vorgesehen, welche, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt sich ungefähr parallel zu einer Mittel- achse des Mantelkörpers 46 vom Gehäusedeckel 44 zum Gehäusedeckel 42 erstreckenden, in einer Stapelrichtung 76 übereinander liegende und sich in quer zur Stapelrichtung 76 verlaufenden geometrischen Flächen 78

erstreckende Leitungslagen 82 aufweist.

Vorzugsweise sind dabei die Flächen 78 senkrecht zur Stapelrichtung 76 verlaufende geometrische Ebenen, in denen jeweils die Leitungslagen 82 verlaufen.

Zur Führung der in den Leitungslagen 82 verlaufenden Leitungen ist ein, wie in Fig. 6 dargestellt, als Ganzes mit 84 bezeichneter Leitungsträger vorgesehen, welcher einen Zentralkörper 86 aufweist, der sich längs einer Mittelachse 88 erstreckt, die vorzugsweise parallel zur Stapelrichtung 76 verläuft, und aus- gehend von dem Zentralkörper 86 sind an diesem gehaltene Trägerstege 92 vorgesehen, welche um die Mittelachse 88 herum in definierten Winkel- abständen relativ zueinander angeordnet sind und sich jeweils in radialer Richtung zur Mittelachse 88 erstrecken und dabei eine Vielzahl von Leitungs- aufnahmen 94 aufweisen, die die in den Leitungslagen 82 verlaufenden Leitungen in den jeweiligen geometrischen Flächen 78 verlaufend führen.

Wie in Fig. 8 exemplarisch dargestellt, verläuft in jeder Leitungslage 82 mindestens eine Spiralleitung 96, welche, sich beispielsweise beginnend mit einem äußeren Spiralleitungsende 102, vorgegeben, durch die entsprechende Leitungsaufnahme 94 in dem jeweiligen Trägersteg 92, durch die für diese Spiralleitung 96 vorgesehenen Leitungsaufnahmen 94 in den jeweiligen Trägerstegen 92 hindurch erstreckt und dabei ihren radialen Abstand von der Mittelachse 88 zunehmend verkleinert, so lange, bis die Spiralleitung 96 ein inneres Spiralleitungsende 104 erreicht.

Die sich in der geometrischen Fläche 78 erstreckende Spiralleitung 96 stellt vorzugsweise, wie in Fig. 9 dargestellt, eine Spiralleitung 96a dar, deren inneres Spiralleitungsende 104a mit einem inneren Spiralleitungsende 104b einer Spiralleitung 96b verbunden ist, die in der in der Stapelrichtung 76 unmittelbar benachbarten geometrischen Fläche 78 verläuft und von der in dieser geometrischen Fläche 78 verlaufenden Leitungslage 82 umfasst ist, wobei das innere Spiralleitungsende 104a der Spiralleitung 96a mit dem Inneren Spiralleitungsende 104b der Spiralleitung 96b so verbunden ist, dass das äußere Spiralleitungsende 102b der Spiralleitung 96b zwar in der Stapel- richtung 76 versetzt, jedoch ungefähr in ähnlichem radialem Abstand von der Mittelachse 88 angeordnet ist, wie das äußere Spiralleitungsende 102a der Spiralleitung 96a.

Wie in Fig. 10, welche nicht nur eine Draufsicht auf einen Trägersteg 92 darstellt, sondern auch die Lage der Spiralleitungen 96 in einer durch die Mittelachse 88 verlaufenden radialen Schnittebene RS darstellt, vergrößert erkennbar, sind die Leitungsaufnahmen 94a in der geometrischen Fläche 78a relativ zu den entsprechenden Leitungsaufnahmen 94b in der Fläche 78b in radialer Richtung zur Mittelachse 88 versetzt angeordnet, wobei der Versatz im Bereich vom 0,3-fachen bis 0,7-fachen eines Leitungsdurchmessers der jeweiligen Spiralleitung 96 liegt, vorzugsweise im Bereich von einem

0,4-fachen bis zu einem 0,6-fachen des Leitungsdurchmessers, besonders bevorzugt ungefähr bei einem 0,5-fachen des Spiralleitungsdurchmessers liegt.

Zur Optimierung der Funktion der Wärmeübertragereinheit 74 ist in der jeweiligen Fläche 78 der jeweiligen Leitungslage 82 nicht nur eine Spiralleitung 96 vorgesehen, sondern es sind beispielsweise in jeder der Leitungslagen 82 drei parallel zueinander verlaufende Spiralleitungen 96al, 96a2 und 96a3 parallel zueinander verlaufend angeordnet, so dass beispielsweise ausgehend von der Spiralleitung 96al die Spiralleitung 96a2 radial innenliegend derselben in der nächsten Leitungsaufnahme 94 verläuft und die Spiralleitung 96a3 radial innenliegend bezüglich der Spiralleitung 96a2 in den nächst innen- liegenden Leitungsaufnahmen 94a verläuft.

Dabei sind die innenliegenden Spiralenden 104al und 104bl sowie 104a2 und 104b2 sowie 104a3 und 104b3 direkt miteinander verbunden, allerdings ohne Änderung der Strömungsumlaufrichtung bezogen auf die Mittelachse 88, so dass am Übergang von den Spiralleitungen 96al, 96a2 und 96a3 zu den Spiralleitungen 96bl, 96b2 und 96b3 keinerlei oder eine unwesentliche

Strömungshemmung auftritt, da die Umlenkung von einer Leitungslage 82 zur unmittelbar nächst folgenden Leitungslage 82 mit einer unwesentlichen Leitungskrümmung erfolgt.

Die mit derselben Strömungsumlaufrichtung durchströmten in der Stapel- richtung 76 unmittelbar aufeinanderfolgend angeordneten Leitungslagen 82a und 82b bilden ein Paar von Leitungslagen. Liegen die Leitungslagen 82 in der Stapelrichtung mit geringem Abstand aufeinander und sind die Spiralleitungen 96a, b in allen Leitungslagen 82a, 82b entsprechend denselben radialen Verlaufsmuster angeordnet, so entstehen sich parallel zu der Stapelrichtung 76 erhebende Leitungsstapel 106.

Bei einer derartigen Anordnung der Leitungslagen 82 in allen in der Stapel- richtung aufeinanderfolgend angeordneten Flächen 78 entstehen parallel zu der Stapelrichtung 76 verlaufende, sich durch die gesamte Wärmeübertrager- einheit 74 erstreckende und spiralförmig zwischen den Leitungstürmen 106 liegende Zwischenräume 108 durch die das fluide Medium der Wärmequelle 14 hindurchtreten kann, um Wärme an die Leitungen der Leitungsspiralen 96 in den Leitungslagen 78 abzugeben, wie in Fig. 10 dargestellt.

Prinzipiell wäre es denkbar, entsprechend in den aufeinanderfolgenden Paaren von Leitungslagen 82a und 82b die Spiralleitungen 96a und 96b stets mit der gleichen Strömungsumlaufrichtung um die Mittelachse 88 zu durchströmen.

Um jedoch eine optimale Effizienz bei der Wärmeübertragung zu erreichen, ist vorgesehen, dass in der Wärmeübertragereinheit 74 ein Teil der Paare von Leitungslagen 82a, 82b mit einer ersten Strömungsumlaufrichtung Ul durch- strömt wird und ein anderer Teil der Paare von Leitungslagen 82a, 82b mit einer Strömungsumlaufrichtung U2, die entgegengesetzt zur Strömungs- umlaufrichtung Ul verläuft, durchströmt wird.

Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass wie in Fig. 10 dargestellt, ein Paar aus zwei aufeinander folgende Leitungslagen 82a und 82b mit der Strömungs- umlaufrichtung Ul durchströmt werden und das nächstfolgende Paar zweier Leitungslagen 82a und 82b mit der Strömungsumlaufrichtung U2 durchströmt wird und dann wieder das nächstfolgende Paar von Leitungslagen 82a und 82b mit der Strömungsumlaufrichtung Ul, so dass nach jedem Paar von auf- einander folgenden Leitungslagen 82a und 82b die Strömungsumlaufrichtung wechselt. Um dies zu realisieren sind, wie bereits in Fig. 6 und Fig. 11 dargestellt, der Zuleitung 34 zwei Verzweigungseinheiten 112 Ul und 112 U2 zugeordnet, wobei die Verzweigungseinheit 112 Ul den von dieser gespeisten Paaren von Leitungslagen 82a, 82b das Wärmeträgermedium mit der Strömungsumlauf- richtung Ul zuführt, während die Verzweigungseinheit 112 U2 den von dieser gespeisten Leitungslagen 82a, 82b das Wärmetransportmedium mit der Strömungsumlaufrichtung U2 zuführt.

Desgleichen sind der Ableitung 36 Verzweigungseinheiten 114 Ul und 114 U2 zugeordnet, wobei die Verzweigungseinheit 114 Ul mit den Paaren von Leitungslagen 82a, 82b verbunden ist, in denen das Wärmetransportmedium mit der Strömungsumlaufrichtung Ul umläuft, und die Verzweigungseinheit 114 U2 mit den Paaren von Leitungslagen 82a, 82b verbunden ist, in denen das Wärmetransportmedium in mit der Strömungsumlaufrichtung U2 umläuft.

Aus diesem Grund werden, wie in Fig. 11 und Fig. 13 dargestellt, von der Verzweigungseinheit 112 Ul alle Leitungslagen 82a Ul mit Wärmetransport- medium gespeist, das in der Strömungsumlaufrichtung Ul um die Mittelachse 88 strömt, und von der Verzweigungseinheit U2 werden alle Leitungslagen 82 U2 gespeist, in denen das Wärmetransportmedium in der Strömungsumlauf- richtung U2 strömt.

Nach dem Übergang von der jeweiligen Leitungslage 82a Ul beziehungsweise 82a U2 in die nächstfolgende Leitungslage 82b Ul beziehungsweise 82b U2 des jeweiligen Paares wird das Wärmetransportmedium durch die

Verzweigungseinheit 114 Ul aus allen Leitungslagen 82b Ul aufgenommen und durch die Verzweigungseinheit 114 U2 aus allen Leitungslagen 82b U2 aufgenommen, wie in Fig. 12 und 13 dargestellt.

Dabei sind die beiden Verzweigungseinheiten 114 Ul und 114 U2 jeweils mit der Ableitung 36 verbunden. Diese ineinander geschachtelte Anordnung der Paare von Leitungslagen 82a Ul, 82bUl sowie 82aU2 und 82bU2 ist schematisch in Fig. 14 nochmals dargestellt.

Dabei ist in Fig. 14 erkennbar, dass auf jedes Paar aufeinanderfolgender Leitungslagen 82a und 82b, die in der ersten Strömungsumlaufrichtung Ul durchströmt sind ein Paar von Leitungslagen 82a und 82b folgt, die in entgegengesetzter Strömungsumlaufrichtung U2 durchströmt sind, so dass eine relativ gleichmäßige Verteilung des über die Zuleitung 34 der Wärme- übertragereinheit 74 zugeführten Wärmetransportmediums auf die Gesamtheit der Leitungslagen 82 erfolgt.

Hinsichtlich der Ausbildung der Verzweigungseinheiten 112 und 114 wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine in den Fig. 15 bis 17 dargestellte vorteilhafte Lösung vor, dass die jeweilige Zuleitung oder Ableitung, in Fig. 15 die Zuleitung 34, in eine T-Verbindung 122 übergeht, von weicher eine als Ganzes mit 124 bezeichnete Zweigleitung abzweigt, an welche sich ein Strömungsführungsstück 126 anschließt, in welchem das Wärmetransportmedium in einer definierten

Strömungsrichtung 128 geführt wird.

Mit dieser Strömungsrichtung 128 trifft das Wärmetransportmedium auf einen Verzweigungskörper 132, weicher eine Vielzahl von Zweigkanälen 134 auf- weist, deren Mittelachsen 136 ungefähr parallel zu der Strömungsrichtung 128 verlaufen.

In dem Verzweigungskörper 132 erfolgt dann eine Verbindung jedes Zweig- kanals 134 mit einer Verbindungsleitung 138, die von dem jeweiligen Zweig- kanal 134 zu dem entsprechenden äußeren Spiralleitungsende 102a der entsprechenden Spiralleitung 96a geführt ist, wenn der Verzweigungseinheit 112 Wärmetransportmedium über die Zuleitung 34 zugeführt wird. In gleicher weise sind auch die Verzweigungseinheiten 114 aufgebaut, wobei die Verbindungsleitungen 138 dann von den äußeren Spiralleitungsenden 102b der Spiralleitungen 96b zu dem Verzweigungskörper 132 geführt sind und das Wärmetransportmedium nach Durchströmen der Wärmeübertragereinheit 74 über das Strömungsführungsstück 126 und die Zweigleitung 124 sowie die T-Verbindung 122 der Ableitung 36 zugeführt werden.

Hinsichtlich der vorgesehenen Leitungen, insbesondere für die Spiralleitungen 96, wäre es denkbar, metallische Leitungen zu verwenden, insbesondere jedoch dann, wenn die Wärmequelle 14 ein Oberflächengewässer sein soll, hat es sich aufgrund des Preis-Leistungs- und Funktionsverhältnisses als vorteil- haft erwiesen, wenn die Leitungen aus Polyethylen, insbesondere schwarzem Polyethylen, hergestellt sind und somit durch Schläuche aus Polyethylen mit einem Außendurchmesser im Bereich von ungefähr 0,6 mm bis ungefähr 10 mm, vorzugsweise 8 mm, und einer Wandstärke im Bereich von ungefähr 0,6 mm bis ungefähr 0,10 mm, vorzugsweise 0,8 mm hergestellt sind.

Das erfindungsgemäße Wärmeübertragersystem 10 ist bevorzugt schwimmend in der Wärmequelle 14, das heißt beispielsweise dem die Wärmequelle 14 darstellenden Oberflächengewässer, angeordnet und hierzu insbesondere mit Auftriebskörpern 142 und 144 versehen, die beispielsweise in den Gehäuse- deckeln 42 und 44, insbesondere unter den abgeflachten Bereichen 54, angeordnet sind und dafür sorgen, dass das Wärmeübertragersystem 10 einen ausreichend großen Auftrieb hat, um in der Wärmequelle schwimmend betrieben zu werden.

Somit tritt das fluide Medium der Wärmequelle 14 im Fall eines Oberflächen- gewässers das Wasser, jeweils durch die Durchströmöffnungen 52 sowohl des oberen Gehäusedeckels 42 als auch des unteren Gehäusedeckels 44 hindurch und ist in der Lage, die Wärmeübertragereinheit 74 zu durchsetzen und in Wärmeaustausch mit den Spiralleitungen 96 in derselben zu treten. Dabei wird vorzugsweise das erfindungsgemäße Wärmeübertragersystem 10 von dem fluiden Medium der Wärmequelle 14 ausschließlich durch Konvektion durchströmt, das heißt, dass die in der Wärmeübertragereinheit 74 abgekühlte Flüssigkeit aufgrund des durch die Abkühlung erhöhten spezifischen Gewichts in Schwerkraftrichtung nach unten sinkt und somit wird beispielsweise das Wärmeübertragersystem 10 gemäß Fig. 18 so durchströmt, dass das fluide Medium der Wärmequelle 14 durch die Durchströmöffnungen 52 im oberen Gehäusedeckel 42 in den Innenraum 72 des Gehäuses 40 eintritt, dann in die Wärmeübertragereinheit 74 eintritt und in Kontakt mit den Leitungsstapeln 106 der Leitungslagen 82 kommt und im Wesentlichen in sich in der Stapel- richtung 76 zwischen den aus den Spiralleitungen 96 gebildeten Leitungs- Stapeln 106 ausgebildeten und parallel zur Stapelrichtung 76 verlaufenden Zwischenräumen 108 eine Abkühlung erfährt und dadurch in den Zwischen- räumen 108 zwischen den Spiralleitungen 96 in Schwerkraftrichtung absinkt, um dann den Innenraum 72 des Gehäuses 40 durch die Durchströmöffnungen 52 im unteren Gehäusedeckel 44 zu verlassen.

Dabei ist vorzugsweise die Wärmeübertragereinheit 74 so ausgelegt, dass die durch die Summe aller Zwischenräume 108 zwischen den Spiralleitungen 96 der verschiedenen Leitungslagen 82 bereitgestellte Strömungsquerschnitts- fläche kleiner ist als die durch die Summe der Durchströmöffnungen 52 sowohl im oberen Gehäusedeckel 42 als auch im unteren Gehäusedeckel 44 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnittsfläche, so dass die Durchström- öffnungen 52 für die pro Zeiteinheit durch die Wärmeübertragereinheit 74 hindurchtretende Menge an Flüssigkeit irrelevant sind und die pro Zeiteinheit die Wärmeübertragereinheit 74 hindurchtretende Menge des fluiden Mediums im Wesentlichen, durch den durch die Zwischenräume 108 zur Verfügung gestellten Strömungsquerschnitt der Wärmeübertragereinheit 74 begrenzt ist.

Vorzugsweise ist die durch die Summe der Durchströmöffnungen 52 in dem oberen Gehäusedeckel 42 und dem unteren Gehäusedeckel 44 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnittsfläche doppelt so groß, noch besser dreimal so groß, wie die durch die Summe der Zwischenräume 108 zwischen den Spiral- leitungen 96 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnittsfläche der Wärme- übertragereinheit 74.

Dadurch, dass die Spiralleitungen 96a in den jeweiligen Leitungslagen 82a relativ zu den Spiralleitungen 96b in den jeweiligen Leitungslagen 82b - wie vorstehend im Detail beschrieben - in radialer Richtung zur Mittelachse 88 gegeneinander versetzt sind, liegen die durch die verschiedenen Leitungslagen 82a und 82b zur Verfügung gestellten Zwischenräume 1018 nicht deckungs- gleich zueinander, sondern sind in radialer Richtung zur Mittelachse 52 versetzt, wodurch einerseits zwar eine Hemmung der freien Konvektion auf- tritt, die jedoch dadurch mehr als ausgeglichen wird, dass die Umströmung der einzelnen Spiralleitungen 96a bzw. 96b bei der Konvektion verbessert wird, so dass dadurch der Wirkungsgrad der Wärmeübertragereinheit 74 gesteigert wird.

Mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragereinheit 74 lässt sich somit, wie in Fig. 19 dargestellt, die Austauschfläche der Wärmeübertragereinheit 10 pro senkrecht zur Stapelrichtung 76 verlaufender Querschnittsfläche Q, bezogen, wie in Fig. 19 und 20 dargestellt, auf einen Außenradius AR des Gehäuses 40 und pro äußeren Raumvolumen, bezogen, wie in Fig. 20 ebenfalls dargestellt, auf die maximale Außenhöhe des Gehäuses 40 zwischen dem abgeflachten Bereich 54 des oberen Gehäusedeckels 42 und dem abgeflachten Bereich 54 des unteren Gehäusedeckels 44, optimieren.

Beispielsweise lässt sich die Austauschfläche durch geeignete Dimensionierung des Querschnitts der Spiralleitungen 96 so optimieren, dass diese mindestens ein Faktor 3 größer ist als die senkrecht zur Stapelrichtung 76 verlaufende Querschnittsfläche Q des Gehäuses und außerdem ist die Austauschfläche gemessen in Quadratmeter mindestens ein Faktor 20 größer als das äußere Raumvolumen des Gehäuses 40 in Kubikmeter, wie in Fig. 20 dargestellt. Die Wärmeübertragereinheit 74 kann bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 21 so ausgebildet sein, dass sie ein Modul darstellt und somit besteht die Möglichkeit beispielsweise durch Verlängerung des Mantel- körpers 46 zu einem Mantelkörper 46' und Beibehalten des oberen Gehäuse- deckels 42 und des unteren Gehäusedeckels 44 zwei derartige als Module aus- gebildete Wärmeübertragereinheiten 74 in einem Innenraum 72' eines derartigen modifizierten Gehäuses 40' anzuordnen, so dass sich die Aus- tauschfläche in Quadratmeter pro Raumvolumen in Kubikmeter weiter vergrößern lässt, so dass die Austauschfläche nun mehr als einen Faktor 25 größer ist.

Dieses Verhältnis Austauschfläche zu Raumvolumen lässt sich noch weiter steigen, wenn, wie bei einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt, das Gehäuse 40" durch Verlängerung des Mantelkörpers 46" noch soweit vergrößert wird, dass in dem Innenraum 72" des Gehäuses 40" drei Wärme- übertragereinheiten 74 als einzelne Module in der Stapelrichtung 76 über- einander angeordnet sind, so dass in diesem Fall das Verhältnis von

Austauschfläche in Quadratmeter der drei Wärmeübertragereinheiten 74 nun mehr als einen Faktor 30 größer ist als das Raumvolumen in Kubikmeter.