CH646772A5

CH646772A5 - HEAT PUMP SYSTEM.

Info

Publication number: CH646772A5
Application number: CH137680A
Authority: CH
Inventors: Paul Schmidt
Original assignee: Paul Schmidt
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1984-12-14
Also published as: FR2452683A1; DE2912770A1; GB2045909B; GB2045909A; FR2452683B1; SE8002338L; JPS55134264A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage zur Gewinnung von Wärmeenergie höheren Temperaturniveaus aus einer Wärmequelle niederen Temperaturniveaus zum Beheizen von Gebäuden, mit einer im Erdboden verlegten Wärmetauscheranordnung. The invention relates to a heat pump system for obtaining thermal energy at higher temperature levels from a heat source at lower temperature levels for heating buildings, with a heat exchanger arrangement laid in the ground.

Bei bekannten Wärmepumpenanlagen wird Wärme dadurch gewonnen, dass im Erdboden ein Netz von Rohrschlangen verlegt wird. Zu diesem Zweck muss der Erdboden zunächst abgetragen und nach Verlegen des Rohrschlangennetzes wieder aufgefüllt werden. Auf diese Weise lassen sich die Rohrschlangen nur in geringen Tiefen verlegen, da ein Abtragen des Erdbodens bis zu grösseren Tiefen sehr unwirtschaftlich ist. Da andererseits die Frostgrenze in Mitteleuropa bis etwa 1 m Tiefe reicht, steht gerade in der Jahreszeit, in der am meisten Wärme benötigt wird, nur wenig Erdwärme zur Verfügung und daher die Wärmepumpenanlage entweder nicht zur völligen Wärmeversorgung ausreicht, oder aber sehr grosse Grundstückflächen für das Rohrschlangennetz erforderlich sind. In known heat pump systems, heat is obtained by laying a network of coils in the ground. For this purpose, the soil must first be removed and filled up again after laying the pipe coil network. In this way, the coils can only be laid at shallow depths, since removing the soil to great depths is very uneconomical. On the other hand, since the frost limit in Central Europe reaches a depth of about 1 m, there is only little geothermal energy available, especially in the season when the most heat is required, and therefore the heat pump system is either not sufficient for the complete supply of heat, or very large land areas for that Pipe coil network are required.

Ausgehend von der Überlegung, dass die Gewinnung von Wärme aus tieferen Erdschichten mit einem starken Grundwasserstrom die Möglichkeit bietet, auch in der kalten Jahreszeit genügend Wärme aus dem Erdboden zu gewinnen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenanlage der eingangs erwähnten Art mit einer Wärmetauscheranordnung grosser Leistungsfähigkeit zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und sich einfach herstellen und deren Grösse sich leicht dem Bedarf anpassen lässt. Based on the consideration that the extraction of heat from deeper layers of the earth with a strong groundwater flow offers the possibility of obtaining sufficient heat from the ground even in the cold season, the invention is based on the object of a heat pump system of the type mentioned at the outset with a heat exchanger arrangement To create great performance, which is simple in construction and easy to manufacture and whose size can be easily adapted to the needs.

Gelöst wird diese Aufgabe durch mehrere von mindestens einer gemeinsamen Kammer aus strahlenförmig ausgehende längsunterteilte Wärmetauscher, deren Teilräume jeweils mit einem Zu- und einem Ablauf für einen Wärmeträger verbunden sind. Derartige Wärmetauscher lassen sich als Rohre einzeln leicht so weit in den Erdboden eintreiben, wie es nötig ist und benötigen an der Stelle, an der sie mit Zu- und Ablauf für den Wärmeträger verbunden sind, nur wenig Platz, da sie sich an dieser Stelle sehr eng zusammenführen lassen. Dennoch gestatten sie dadurch, dass sie strahlenförmig auseinanderlaufen, aus einem sehr grossen Erdvolumen Wärme zu gewinnen. Hinzu kommt die grosse Eintauchtiefe der Rohre von bis zu 10 m. This object is achieved by a plurality of longitudinally divided heat exchangers radiating from at least one common chamber, the subspaces of which are each connected to an inlet and an outlet for a heat transfer medium. Such heat exchangers can be easily driven into the ground as tubes individually as far as is necessary and require only little space at the point where they are connected to the inlet and outlet for the heat transfer medium, since they are very much at this point let it merge closely. Nevertheless, by allowing them to diverge radially, they allow heat to be extracted from a very large volume of the earth. In addition, there is the great immersion depth of the pipes of up to 10 m.

Vorteilhafterweise ist die Kammer im Erdboden angeordnet und wärmeisoliert. In der Kammer können sich jeweils mit den Teilräumen der Rohre verbundene Sammler für den Zu- bzw. Ablauf des Wärmeträgers befinden. Auf diese Weise braucht sich oberhalb des Erdbodens keinerlei Bauwerk oder mit der Wärmetauscheranordnung verbundenes Gerät zu befinden, so dass sich die Wärmepumpenanlage besonders für Gärten von Einfamilienhäusern eignet. The chamber is advantageously arranged in the ground and thermally insulated. Collectors connected to the subspaces of the tubes for the inlet and outlet of the heat transfer medium can be located in the chamber. In this way, no structure or device connected to the heat exchanger arrangement needs to be above the ground, so that the heat pump system is particularly suitable for gardens in single-family houses.

Um ein möglichst grosses Erdvolumen ausnutzen zu können, können die einen Wärmetauscher fast waagerecht seitlich und die anderen schräg bzw. senkrecht nach unten aus der Kammer in den Erdboden geführt sein, wobei die fast waagerechten Wärmetauscher unterhalb der möglichen Frostgrenze angeordnet werden sollten. In order to be able to utilize the largest possible volume of the earth, one heat exchanger can be guided almost horizontally to the side and the others diagonally or vertically downwards from the chamber into the ground, whereby the almost horizontal heat exchangers should be arranged below the possible frost limit.

Um den Wärmeaustausch bei konzentrischen Rohren ausschliesslich auf den sich im Aussenrohr befindenden Wärmeträger und den Erdboden zu beschränken, ist es vorteilhaft, ein Innenrohr mit einer Isolierung zu umkleiden und bis nahe an das verschlossene Ende eines Aussenrohres zu führen und die Aussenrohre mit dem Sammler für Zulauf des Wärmeträgers und die Innenrohre mit dem Sammler für Ablauf des Wärmeträgers zu verbinden. In order to limit the heat exchange in concentric pipes only to the heat transfer medium in the outer pipe and the ground, it is advantageous to cover an inner pipe with insulation and to lead it close to the closed end of an outer pipe and the outer pipes with the collector for inlet of the heat transfer medium and the inner tubes with the collector for the discharge of the heat transfer medium.

Für den Fall einer auftretenden Undichtigkeit eines Wärmetauschers befinden sich in den Verbindungsleitungen zwischen den Sammlern und den Wärmetauschern Absperrschieber. In the event of a leakage of a heat exchanger there are gate valves in the connecting lines between the collectors and the heat exchangers.

Ein besonders einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen der Wärmepumpenanlage nach der Erfindung besteht in der Verwendung eines Rammbohrgerätes mit Nachziehrohr. Ein solches Rammbohrgerät kann innerhalb der Kammer angesetzt werden und Kanäle in beliebiger Richtung in das Erdreich einbringen. Da die Kanäle dadurch entstehen, dass das Erdreich von dem Rammbohrgerät verdrängt und verdichtet wird, ergeben sich Kanäle mit stabiler Wandung, in die sich die Wärmetauscher als Rohre einschieben lassen. Das Rammbohrgerät kann jedoch auch mit einem Nachziehrohr versehen sein. Nachdem eine genügende Länge eingezogen ist, wird das Rammbohrgerät durch das Nachziehrohr herausgezogen, das dann als Aussenrohr des Wär-metauschers fungiert. A particularly simple and inexpensive method for producing the heat pump system according to the invention consists in the use of a ram boring machine with a pull pipe. Such a ram boring machine can be placed inside the chamber and canals can be introduced into the soil in any direction. Since the channels are created by the soil being displaced and compacted by the ram boring machine, channels with a stable wall result, into which the heat exchangers can be inserted as pipes. The ram boring machine can, however, also be provided with a pull tube. After a sufficient length has been drawn in, the ram boring machine is pulled out through the draw tube, which then functions as the outer tube of the heat exchanger.

Ein derartiges selbstgetriebenes Rammbohrgerät ist z.B. durch die DE-OS 2 634 066 bekannt. Such a self-driven ram boring machine is e.g. known from DE-OS 2 634 066.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er- The invention is described below with reference to an embodiment of the closer

2 2nd

5 5

10 10th

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20 20th

25 25th

30 30th

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40 40

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55 55

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3 646 772 3,646,772

läutert. Die Zeichnung zeigt einen schematischen Querschnitt fuhrleitung 16 des Wärmeträgers verbunden, während die In- purifies. The drawing shows a schematic cross section of guide line 16 of the heat transfer medium, while the in-

durch die Bodenkammer und die Wärmetauscher einer Wär- nenrohre 10 über entsprechende Absperrschieber 9 mit einem mepumpenanlage. Sammler 14 für eine Abflussleitung 18 des Wärmeträgers ver- through the bottom chamber and the heat exchangers of a heat pipe 10 via appropriate gate valves 9 with a mepump system. Collector 14 for a drain line 18 of the heat transfer medium

Im Erdboden 1 befindet sich eine Kammer 2 mit Wänden bunden sind. Die Temperatur des Wärmeträgers in der Lei-4, von der aus Wärmetauscher 6 strahlenförmig im Erdboden 5 tung 16 liegt aufgrund des Wärmeentzugs in der Wärmepum-1 abgehen. Je nach Bedarf kann die Anzahl der einzelnen penanlage niedriger als die Temperatur im Erdboden 1, so Wärmetauscher 6 geändert werden, und diese können sowohl dass der Wärmeträger dem Erdboden 1 Wärme entzieht und fast waagerecht seitlich durch die Wand 4 der Kammer 2 hin- erwärmt durch die Leitung 18 der Wärmepumpe zugeführt durch in den Erdboden 1 hineingetrieben werden, als auch wird. In der Wärmepumpe wird die dem Erdboden 1 entzogeschräg oder senkrecht nach unten. Wichtig ist bei der Anord- io ne Wärme auf ein für Heizzwecke geeignetes Temperaturni-nung der Wärmetauscher 6, dass auch die fast waagerecht ver- veau gebracht. In the ground 1 there is a chamber 2 with walls bound. The temperature of the heat transfer medium in the Lei-4, from which the heat exchanger 6 radiates in the ground 5 device 16 is due to the heat removal in the heat pump-1. Depending on requirements, the number of individual pen systems can be changed lower than the temperature in the ground 1, so heat exchanger 6, and these can both heat the heat carrier from the ground 1 and heat it almost horizontally laterally through the wall 4 of the chamber 2 the line 18 is supplied to the heat pump by being driven into the ground 1 as well. In the heat pump, the ground 1 is drawn out obliquely or vertically downwards. It is important in the arrangement of heat to a temperature range of the heat exchanger 6 which is suitable for heating purposes that the heat exchanger 6 is also brought almost horizontally.

laufenden Wärmetauscher 6 unterhalb der Frostgrenze ver- Die Absperrschieber 9 dienen dazu, einzelne Wärmetaulaufen. Die Länge der Wärmetauscher 6 hängt von dem er- scher 6 vom Kreislauf abzutrennen, falls in einem Wärmetau-rechneten Wärmebedarf und von der Bodenbeschaffenheit scher 6 Undichtigkeiten auftreten. running heat exchanger 6 below the frost limit. The gate valves 9 are used to run individual heat exchangers. The length of the heat exchangers 6 depends on the shear 6 to separate them from the circuit if there are leaks in a heat demand calculated from the heat build-up and on the nature of the floor 6.

ab. i5 Zweckmässigerweise werden die Aussenrohre 8 mittels ei- from. i5 The outer tubes 8 are expediently

Jeder einzelne Wärmetauscher 6 besteht aus einem Aus- nes Rammbohrgeräts in den Erdboden 1 eingezogen. Die senrohr 8 und einem Innenrohr 10. Das Innenrohr 10 ist mit Rohre 8 sind dabei mit dem Rammbohrgerät verbunden und einer Isolierung 11 umkleidet, um einen Wärmeaustausch werden auf diese Weise in die von dem Rammbohrgerät herzwischen dem im Aussenrohr 8 zufliessenden kalten Wärme- gestellte Erdbohrung eingezogen. Das Rammbohrgerät wird träger und dem durch das Innenrohr 10 abfliessenden er- 20 schliesslich durch das Nachziehrohr hindurch zurückgezogen, wärmten Wärmeträger zu vermeiden. Die Aussenrohre 8 sind das dann unmittelbar als Aussenrohr 8 eines Wärmetauschers über Absperrschieber 9 mit einem Sammler 12 für eine Zu- 6 verwendbar ist. Each individual heat exchanger 6 consists of an outer ram boring machine drawn into the ground 1. The inner tube 8 and an inner tube 10. The inner tube 10 is connected to tubes 8 with the ram boring machine and an insulation 11 is clad to heat exchange in this way in the earth boring provided by the ram boring machine between the cold, warm borehole flowing into the outer tube 8 moved in. The ram boring machine is made sluggish and the one flowing out through the inner pipe 10 is finally pulled back through the pulling pipe to avoid heated heat carriers. The outer tubes 8 are then directly usable as the outer tube 8 of a heat exchanger via a gate valve 9 with a collector 12 for an inlet 6.

C C.

"15. Ji" "15. Ji"

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

646772 PATENT CLAIMS

1. heat pump system for obtaining thermal energy of higher temperature levels from a heat source of lower temperature levels for heating buildings, with a heat exchanger arrangement laid in the ground, characterized by a plurality of longitudinally divided heat exchangers (6) radiating from at least one common chamber (2), the subspaces (8 , 10) are each connected to an inlet and an outlet (16, 18) for a heat transfer medium.

2. Heat pump system according to claim 1, characterized in that the heat exchangers each consist of an outer tube (8) and an inner tube (10).

3. Heat pump system according to claim 2, characterized by a lined chamber (2) arranged in the ground (1) and two in the chamber (2) arranged collectors (12, 14) each connected to the outer pipes (8) and the inner pipes (10) ), which are connected to the inlet and outlet (16, 18) of the heat transfer medium.

4. Heat pump system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the one heat exchanger (6) are guided almost horizontally laterally and the other obliquely or vertically downwards from the chamber (2) into the ground (1).

5, characterized in that the inner tubes (10) are lined with insulation (11) up to close to the closed ends of the outer tubes (8), and that the outer tubes (8) with the collector (12) for the inlet of the Heat carrier and the inner tubes (10) are connected to the collector (14) for the discharge of the heat carrier.

5. Heat pump system according to claim 4, characterized in that the almost horizontal heat exchanger (6) are arranged below the possible frost limit in the ground (1).

6, characterized by gate valves (9) in the connecting lines between the collectors (12, 14) and the outer and inner tubes (8, 10) forming the heat exchangers (6).

6. Heat pump system according to one of claims 2 to

7. Heat pump system according to one of claims 1 to

8. The method for manufacturing the heat pump system according to one of claims 1 to 7, characterized by the use of a ram boring machine with a pull pipe, which drills into the ground with lateral displacement and compression, the pull pipe pulls in and then through the pull pipe, which acts as the outer pipe of the heat exchanger remains in the hole, is pulled out.