DE20013561U1

DE20013561U1 - Wärmetauscher als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen

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Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2000-11-23
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Description

Beschreibung

Wärmetauscher als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher als Tauchkollektoren für Wärmepumpenanlagen.

Bisher verwendete, auch als Tauchkollektoren bezeichnete Sonden, bestehen aus einem innenliegenden mittels eines Rohres durchgeschleiften Kreislauf, bei dem die Wärmeträger meistens flüssig sind. Deren Wärmeenergie wird dann von einem in der Kalt- oder Saugseite einer Wärmepumpenanlage befindlichen Wärmetauschers aufgenommen. Der Kreislauf innerhalb der Sonde bis zum Wärmetauscher in der Kaltseite der Wärmepumpenanlage wird bei Erdsonden auch als Solekreislauf bezeichnet.

Die bisher eingesetzten Wärmetauscher in den Wärmepumpenanlagen weisen unterschiedliche Bauformen aus, sind aber prinzipiell überwiegend als Platten- oder Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt.

Der Nachteil dieser Wärmeträger- oder Solekreisläufe besteht im Wesentlichen in folgenden Punkten:

- die Leitungen sind meistens nicht isoliert und

- laufen aus platz- und verfahrenstechnischen Gründen zu dicht aneinander vorbei,

das in beiden Fällen zu einem Kurzschluss des Wärmestromes zwischen warmer und kalter Wärmeträgerleitung und damit zum Wärmemengenentzug aus der warmen Leitung führt, dass heißt sehr viel Wärmeenergie wird im Wärmeträgerkreislauf ungenutzt umgepumpt. Der entscheidende Nachteil bei diesem Kreislauf ist aber, dass mit diesem Verfahren, selbst bei Isolation der Kaltleitung, nicht die erforderliche Kälte- und damit Wärmemengenleistung in der Sonde umgesetzt werden kann, die erforderlich wäre, um die Leistung der Wärmequelle auszuschöpfen.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, Wärmetauscher fur Wärmepumpenanlagen als Tauchkollektoren zu schaffen.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Der Wärmetauscher als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieser mit einer primären oder sekundären Wärmequelle direkt oder indirekt kontaktierbar ist.

Niederschläge, Flusswasser, Grundwasser, Brunnenwasser, andere flüssige Stoffe oder Erdreich sind dabei vorzugsweise die primären Wärmequellen. Sekundäre Wärmequellen sind Fortluft, Abgase, Kühlwasser, Abwasser, Prozesskühlmittel und der Fernwärmerücklauf. Diese weisen eine Temperatur auf, die niedriger als die erzeugte Nutzwärme ist. Damit ist die Wärmepumpenanlage eine Kältemaschine.

In dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher als Tauchkollektor wird zum Einen ein Wärmeträger, der über den zweiten rohrförmigen Körper zum Endbereich des ersten rohrförmigen Körpers gelangt, in diesem Endbereich durch das Einwirken der primären oder sekundären Wärmequelle erwärmt und damit in einen höheren Energiezustand versetzt. Zum Anderen wird ein Gemisch aus wenigstens einem Wärmeträger und mindestens einem Arbeitsstoff, ein Kältemittel oder Kältemittelgemisch, in diesem Endbereich erwärmt und in einem höheren Energiezustand versetzt. Besonders vorteilhaft ist dabei der Fall, indem der Wärmeträger und/oder der Arbeitsstoff verdunsten und damit in den gasförmigen Zustand gelangen. Dadurch ist ein schnellerer und größerer Wärmetransport gegenüber der flüssigen Phase gegeben. Der mit einer höheren Energie angereicherte Wärmeträger und/oder Arbeitsstoff/Kältemittel tritt aus dem Wärmetauscher als Tauchkollektor aus und/oder wird aus diesem abgesaugt. In Verbindung mit im einfachste Fall einem Verdichter, einem Ventil und einem Nutzwärmetauscher ist damit eine sehr einfach aufgebaute Wärmepumpenanlage realisierbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Wärmeträger und/oder der Arbeitsstoff über Pumpen und dem zweiten rohrförmigen Körper in den erfindungsgemäßen Wärmetauscher als Tauchkollektor eingebracht werden können. Damit ist ein Absaugen des jeweiligen Stoffes

höherer Energie nicht notwendig. Dieser tritt selbsttätig aus dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher als Tauchkollektor aus.

Weiterhin zeichnet sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher als Tauchkollektor durch seinen sehr einfachen Aufbau aus, so dass gleichzeitig sehr günstige ökonomische Aspekte gegeben sind.

Als Wärmeträger und Arbeitsstoffe sind jeweils sowohl flüssige als auch gasförmige Stoffe, insbesondere Kältemittel oder Kältemittelgemische, einsetzbar. Der zweite rohrförmige Körper im ersten rohrförmigen Körper ist dabei so ausgestaltbar, dass der Stoff oder die Stoffe gezielt in den Endbereich des ersten rohrförmigen Körpers mit der gegenüber dem Stoff oder den Stoffen höheren Wärme eingespritzt werden kann/können. Damit sind günstige Verwirbelungen einschließlich des Transports der Wärme aus der Wärmequelle zur Öffnung des ersten rohrförmigen Körpers erzielbar, die zu einer größeren Energieaufnahme des Stoffes oder der Stoffe fuhren, so dass der Wirkungsgrad gegenüber einem Wärmetauscher ohne Verwirbelungen erhöht wird.

Damit entspricht die innere räumliche Begrenzung dieses Wärmetauschers als Tauchkollektor der inneren räumlichen Begrenzung des Wärmetauschers in der Kalt- oder Saugseite innnerhalb des Wärmepumpenprozesses, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sich der Misch- und Entspannungsapparat innerhalb vom Wärmetauscher als Tauchkollektor befindet, also unmittelbar im Bereich der Wärmequelle. Wärmekollektor und Wärmetauscher auf der wärmeenergieaufhehmenden Seite des Wärmepumpenprozesses sind somit als eine Baueinheit ausgeführt, mit dem Vorteil, dass durch die wesentlich größere Kälteleistung unmittelbar am Wärmeenergie enthaltenden Stoff ein wesentlich größerer Wärmemengentransport möglich wird. Die Effektivität von Aufnahme, Transport und Übergabe der Wärmeenergie an den Verdichter wird erfindungsgemäß durch eine an die Art der Wärmequelle angepasste Form des Wärmetauschers als Tauchkollektor, den Wegfall des Kurzschlusswärmestromes zwischen Kalt und Warmleitung innerhalb des Wärmetauschers als Tauchkollektor und durch die wesentlich größere Kälte- und damit Wärmeentzugsleistung am Wärmetauscher als Tauchkollektor, bis in die Grenzbereiche stoffspezifischer Kenngrößen gesteigert. Dabei kann der, die Wärmeenergie enthaltende Stoff, in den der Wärmetauscher als Tauchkollektor eingebracht wird, eine feste, zähflüssige, flüssige oder gasförmige Konsistenz aufweisen und die enthaltende Wärmeenergie primären, wie auch sekundären Ursprungs sein. Dazu ist der Wärmetauscher als Tauchkollektor so gestaltet, dass

dieser als rohrförmiger Körper in die Wärmequelle unmittelbar am Ort eintaucht. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher als Tauchkollektor kann sowohl starr als auch flexibel ausgeführt werden, ungeachtet der verschiedensten Oberflächenprofile und/oder Oberflächenformen auf der Innen- und/oder Außenseite, so dass neben der Platzierung im Erdreich auch die Verlegung in Bachläufen oder Kanalisationen möglich wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass als Arbeitsstoffe alle bekannten und zugelassenen Kältemittel eingesetzt werden können, soweit diese nicht unter das Gift- oder Umweltschutzgesetz fallen.

Der Wärmetauscher als Tauchkollektor kann je nach innerem Strom des Arbeitsstoffes, z.B. Kältemittels oder Kältemittelgemisch, mit oder ohne Wärmeträger als Trägermedium betrieben werden.

Der entscheidende Vorteil ist, dass der Wärmeträger und/oder der Arbeitsstoff, z.B. in Form eines Kältemittels oder Kältemittelgemisches, unmittelbar vor oder im Wärmetauscher als Tauchkollektor zur Entspannung kommt und dabei seine Leistung, die den Wärmemengenentzug bewirkt, unmittelbar an der Wärmequelle entwickelt.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher als Tauchkollektor zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass sowohl ein Wärmeträger oder ein Arbeitsstoff, insbesondere als Kältemittel oder Kältemittelgemisch, auch jeweils als ein Transportmedium eingesetzt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch neben dem Wärmeträger und/oder Arbeitsstoff auch ein Transportmedium zur Anwendung kommen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Wärmetauscher als Tauchkollektor auch strömungsmäßig umgekehrt betrieben werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2 bis 11 angegeben.

Die Weiterbildung des Schutzanspruchs 2 fuhrt zu einem abgeschlossenen Wärmetauscher als Tauchkollektor mit den entsprechenden Eintritten und Austritten für den mindestens einen Wärmeträger und/oder wenigstens einen Arbeitsstoff, insbesondere eines Kältemittels oder Kältemittelgemisches. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zwei Kammern im ersten rohrförmigen Körper realisiert sind. Die erste Kammer führt dabei dazu, dass auch in dieser Kam-

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mer eine Verwirbelung stattfindet, bevor der jeweilige Stoffe oder die jeweiligen Stoffe in den zweiten rohrförmigen Körper gelangen. Besonders vorteilhaft ist das bei der Verwendung mindestens eines Wärmeträgers und wenigstens eines Arbeitsstoffes, die bereits in dieser ersten Kammer verwirbeln.

Mit der Ausgestaltung des zweiten rohrförmigen Körpers als mindestens ein Rohr- in- Rohr-System oder aus mehreren nebeneinander angeordneten rohrförmigen Körpern bestehend nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 3 können

- mehrere unterschiedliche Wärmeträger,

- mehrere unterschiedliche Arbeitsstoffe, insbesondere Kältemittel oder Kältemittelgemische, oder

- mindestens ein Wärmeträger und wenigstens ein Arbeitsstoff

in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher als Tauchkollektor, durch Weiterbildung des Schutzanspruchs 5, als Energieträger eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gleichzeitig die Austrittsfläche des zweiten rohrförmigen Körpers erhöht wird. Weiterhin können die Endbereiche der nebeneinander angeordneten rohrförmigen Körper in unterschiedliche Richtungen weisen, so dass sich günstige Verwirbelungen zwischen dem/n Wärmeträger/n und/oder dem/n Arbeitsstoff/en ergeben.

Durch die wärmeisolierende Schicht an der äußeren Oberfläche der/s innliegenden Rohre/s oder den wärmeisolierenden Körper zwischen den nebenemander angeordneten rohrförmigen Körpern nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 4 verringert sich der Wärmeaustausch zwischen den jeweils einströmenden Wärmeträgern und/oder Arbeitsstoffen und den ausströmenden energiereicheren Wärmeträgern und/oder Arbeitsstoffen, das mit einem Energieverlust verbunden ist.

Eine Verkleinerung des Querschnitts oder die Ausbildung des Endbereichs des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers als Düse nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 6 erhöht die Austrittsgeschwindigkeit des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes, insbesondere Kältemittel oder Kältemittelgemisch, in den Endbereich des ersten rohrförmigen Körpers, der sich im Allgemeinen durch seine größte Temperatur auszeichnet. Dadurch ist eine Verwirbe-

lung gegeben, so dass eine schnellere Wärmeaufnahme des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes gegeben ist. Bei dem Einsatz flüssiger Wärmeträger und/oder Arbeitsstoffe kann das zur Dampfphase des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes fuhren, so dass der Wärmetransport gegenüber einem rein flüssigen Wärmeträger und/oder Arbeitsstoff wesentlich gesteigert werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht bei der Realisierung eines Reduzierventils oder druck- oder saugabhängige Öffnung. Damit wird ein notwendiger Bestandteil der Wärmepumpenanlage in den Wärmeträger als Tauchkollektor integriert, so dass sich der Aufbau einer derartigen Wärmepumpenanlage wesentlich vereinfacht.

Wenigstens eine eine Veränderung der Strömung und/oder eine Verwirbelung hervorrufende Einrichtung im ersten rohrförmigen Körper, am zweiten rohrförmigen Körper und/oder gegenüber der Öffnung des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 7 führen zu einer besseren Verwirbelung des wenigstens einen Wärmeträgers und/oder mindestens einen Arbeitsstoffes, insbesondere Kältemittel oder Kältemittelgemisch. Das fuhrt zu einer Steigerung der Energieaufnahme und/oder schnelleren Ableitung des höherenergetischen Stoffes.

Im einfachsten Fall ist das mindestens ein Leitblech im ersten rohrförmigen Körper oder aufwendiger ein Verteilerkopf oder ein turbinenartiges Verwirbelungssystem im Austrittsbereich des zweiten rohrförmigen Körpers nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 8. Besonders durch den Einsatz eines turbinenartigen Verwirbelungssystems ergibt sich eine weitere Steigerung der Verwirbelung des mindestens eines Wärmeträgers und/oder des wenigstens eines Arbeitsstoffes. Der Wirkungsgrad erhöht sich entscheidend.

Wenigstens eine Öffnung in der Wandung des zweiten rohrförmigen Körpers oder eines der Rohre nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 9 erhöht die Verwirbelung des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes, insbesondere Kältemittels oder Kältemittelgemisches, im ersten rohrförmigen Körper. Durch einen gezielten Austritt des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes ist der Wärmetransport und damit der Energietransport zum Austritt und/oder zur Saugseite des ersten rohrförmigen Körpers steigerbar, so dass sich der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wärmetauschers als Tauchkollektor erhöht.

Die Oberflächen des ersten und des zweiten rohrförmigen Körpers können nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 10 jeweils eben oder uneben ausgeführt sein. Eben ist dabei insbesondere weitestgehend glatt. Besonders vorteilhaft sind unebene Ausführungen, so dass die Oberfläche wesentlich vergrößert wird. Das steigert die Geschwindigkeit des Wärmeaustausches bei ansonsten gleichbleibenden Strömungsbedingungen. Die Vergrößerung der Oberfläche wird insbesondere durch aufgebrachte oder eingebrachte flächenvergrößernde Elemente, insbesondere plattenförmige Rippen, realisiert.

Ein im Bereich der Öffnung des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers mindestens ein die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes jeweils messender Sensor nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 11 ergibt die Möglichkeit, den Austritt des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes entsprechend der Temperatur der Wärmequelle und der gewünschten Temperatur aus der Wärmepumpenanlage zu regeln.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines Wärmetauschers als Tauchkollektor, Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung einer Wärmepumpenanlage mit einem Wärmetauscher als

Tauchkollektor,
Fig. 3 einen prinzipiellen Querschnitt eines Wärmetauschers als Tauchkollektors mit einem Rohr- in- Rohr- System als zweiten rohrförmigen Körper,

Fig. 4 einen prinzipiellen Querschnitt eines Wärmetauschers als Tauchkollektor mit nebeneinander angeordneten zweiten rohrförmigen Körpern und

Fig. 5 eine prinzipielle Darstellung eines Wärmetauschers als Tauchkollektor mit einem Wärmeisolator.

1. Ausführungsbeispiel

Ein Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen, die mit einer primären oder sekundären Wärmequelle 4 direkt oder indirekt kontaktierbar sind, besteht in einem ersten

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Ausfuhrungsbeispiel aus einem ersten rohrförmigen Körper 2 und einem zweiten rohrförmigen Körper 3. Eine Wärmepumpenanlage ist dabei im einfachsten Fall aus dem Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor, einem Verdichter 11, einer Pumpe 12 und einem Nutzwärmetauscher 13 aufgebaut (in Anlehnung der Darstellung in der Fig. 2). Die Fig. 1 zeigt prinzipiell einen Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor, der mit einer primären oder sekundären Wärmequelle 4 kontaktiert ist.

Der Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor besteht aus einem ersten rohrförmigen Körper 2, der an einem Ende geschlossen ist, so dass dieser nur an einem Ende offen ist. Diese Seite ist der Austritt 6 oder die Saugseite. In diesem ersten rohrförmigen Körper 2 befindet sich ein zweiter rohrförmiger Körper 3. Das erste Ende des zweiten rohrförmigen Körpers 3 endet im Bereich des geschlossenen Endes des ersten rohrförmigen Körpers 2, während das zweite Ende der Eintritt 5 für einen Wärmeträger und/oder Arbeitsstoff ist, der im Endbereich des ersten rohrförmigen Körpers 2 aus dem zweiten rohrförmigen Körper 3 austritt (Darstellung in der Fig. 1). Der Arbeitsstoff ist insbesondere ein Kältemittel oder ein Kältemittelgemisch. Die Querschnitte der rohrförmigen Körper 2, 3 sind kreisförmig ausgebildet. Weiterhin kann auch ein Transportmedium in den Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor eingeführt werden.

In einer ersten Ausfuhrungsform des ersten Ausführungsbeispiels ist der Querschnitt der Austrittsöffhung des zweiten rohrförmigen Körpers 3 kleiner als der Querschnitt der Eintrittsöffhung.

In einer zweiten Ausfuhrungsform ist der Endbereich des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers 3 als Düse ausgebildet.

Der Abstand des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers 3 und dem geschlossenen Ende des ersten rohrförmigen Körpers 2 richtet sich nach der Austrittsgeschwindigkeit des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes. Dabei sollte gewährleistet sein, dass der Wärmeträger und/oder der Arbeitsstoff weitestgehend nicht auf die Wandung des ersten rohrförmigen Körpers 2 trifft. Durch die geringe Temperatur des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes, die sich insbesondere im Endbereich des ersten rohrförmigen Körpers 2 erhöht, wird eine Bildung einer wärmeisolierenden Schicht, z.B. Vereisung oder Tauschicht, auf der Oberfläche des ersten rohrförmigen Körpers 2 weitestgehend eingeschränkt. Als Wärmeträger und/oder Arbeitsstoffe kommen z.B. Kältemittel, Luft, Wasser, Sole oder

Kombinationen daraus zum Einsatz. Der Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor ist insbesondere ins Erdreich eingelassen oder befindet sich in fließenden oder stehenden Gewässern. Die Länge des Wärmetauschers 1 als Tauchkollektor kann bis einschließlich 100 m betragen. Aber auch längere Ausführungen sind realisierbar.

2. Ausführungsbeispiel

Ein Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor besteht in einem zweiten Ausführungsbeispiel aus einem ersten rohrförmigen Körper 2, der an beiden Enden bis auf Eintritte 5a, 5b und einen Austritt 6 geschlossen ist. In dem ersten rohrförmigen Körper 2 ist der zweite rohrförmige Körper 3 so angeordnet, dass ein freier Raum als erste Kammer 9 vorhanden ist. Das erste Ende des zweiten rohrförmigen Körpers 3 endet im Bereich des geschlossenen Endes, der dem geschlossenen Ende mit den Eintritten 5a, 5b gegenüberliegt, des ersten rohrförmigen Körpers 2, während das zweite Ende in der Kammerwand 16 endet. Über Eintritte 5a, 5b gelangt damit ein Wärmeträger und ein Arbeitsstoff in die erste Kammer 9 und danach weiter in den zweiten rohrförmigen Körper 3. Als Arbeitsstoff wird insbesondere ein Kältemittel oder ein Kältemittelgemisch eingesetzt. Die Querschnitte der rohrförmigen Körper 2, 3 sind kreisförmig ausgebildet.

Gegenüber der Öffnung des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers 3 befindet sich eine eine Veränderung der Strömung und/oder eine Verwirbelung hervorrufende Einrichtung Das ist ein Leitblech, ein Verteilerkopf und/oder ein turbinenartiges Verwirbelungssystem. Im letzteren Fall sind das z.B. zwei turbinenartige und drehbar angeordnete Schaufeln. Danach gelangt der vermischte Stoff aus Wärmeträger und Arbeitsstoff in einen Innenraum des ersten rohrförmigen Körpers 2 als zweite Kammer 10. In dieser zweiten Kammer können an der Oberfläche des ersten 2 und/oder des zweiten rohrförmigen Körpers 3 Leitbleche 8 zur weiteren Verwirbelung angeordnet sein.

Diese Leitbleche 8 können weiterhin gleichzeitig als Halterungen für den zweiten rohrförmigen Körper 3 dienen.

In der Fig. 2 ist ein derartig realisierter Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor als Bestandteil einer Wärmepumpenanlage prinzipiell dargestellt.

Diese Wärmepumpenanlage besteht dabei aus dem Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor, einem Verdichter 11, einem Nutzwärmetauscher 13, einem Kondensator 14, Pumpen 12 für den

Wärmeträger und den Arbeitsstoff. Die Reihenfolge der aufgeführten Bestandteile entspricht gleichzeitig dem Kreislauf der Wärmepumpenanlage (Darstellung in der Fig. 2). In diesen Kreislauf kann (deswegen in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet) ein weiterer Wärmekollektor 15 vorgesehen werden, in dem z.B. über Sonnenstrahlen 17 der Wärmeträger zusätzlich vorgewärmt wird, so dass dessen Energie wesentlich gesteigert wird. Wärmequellen dafür sind z.B. Luft oder Abwässer.

Der Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor befindet sich in der Erde oder einem fließenden oder stehenden Gewässer. Dabei können diese Wärmequellen direkt oder indirekt bis an den Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor reichen.

Bei einer indirekten Kontaktierung des Wärmetauschers 1 als Tauchkollektor befindet sich zwischen dem ersten rohrförmigen Körper 2 und der Erde eine Schicht z.B. aus Basalt, Granit oder einem Bindungsstoff. Die Länge des Wärmetauschers 1 als Tauchkollektor kann bis einschließlich 100 m betragen. Aber auch längere Ausführungen sind realisierbar.

3. Ausführungsbeispiel

Ein Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen, die mit einer primären oder sekundären Wärmequelle direkt oder indirekt kontaktierbar sind, besteht in einem dritten Ausführungsbeispiel aus einem ersten rohrförmigen Körper 2 und einem zweiten rohrförmigen Körper 3. Der prinzipielle Aufbau entspricht bis auf den zweiten rohrförmigen Körper 3 denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. Eine Wärmepumpenanlage ist dabei gleich diesen Ausführungsbeispielen realisierbar.

In dem ersten rohrförmigen Körper 2 befindet sich ein zweiter rohrförmiger Körper 3, der als Rohr 3b - in- Rohr 3a - System ausgebildet ist (Darstellung als Querschnitt in der Fig. 3). Die ersten Enden der zweiten rohrförmigen Körper 3 enden in einem Endbereich des ersten rohrförmigen Körpers 2, während die zweiten Enden die Eintritte für einen Wärmeträger und einen Arbeitsstoff sind. Als Arbeitsstoff kommt dabei insbesondere ein Kältemittel oder ein Kältemittelgemisch zur Anwendung.

Damit ist ein derartig realisierter Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor in einer Wärmepumpenanlage entsprechend der Darstellung in der Fig. 2 einsetzbar.

In einer Ausfuhrungsform des dritten Ausfuhrungsbeispiels besitzt die äußere Oberfläche des innenliegenden Rohres 3b des Rohr 3b - in- Rohr 3a - Systems eine wärmeisolierende Schicht. Das kann sowohl eine fest aufgebrachte wärmeisolierende Schicht als auch ein wärmeisolierender Körper sein. Auf der der äußeren Oberfläche der wärmeisolierenden Schicht oder des wärmeisolierenden Körpers gegenüberliegenden Oberfläche befindet sich dabei eine Deckschicht, so dass der Wärmeträger oder der Arbeitsstoff nicht in diese Schicht oder diesen Körper eindringen kann.

4. Ausfuhrungsbeispiel

Ein Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen, die mit einer primären oder sekundären Wärmequelle direkt oder indirekt kontaktierbar sind, besteht in einem vierten Ausführungsbeispiel aus einem ersten rohrförmigen Körper 2 und einem zweiten rohrförmigen Körper 3. Der prinzipielle Aufbau entspricht bis auf den zweiten rohrförmigen Körper 3 denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. Eine Wärmepumpenanlage ist dabei gleich diesen Ausführungsbeispielen realisierbar.

Anstelle des zweiten rohrförmigen Körpers 3 befinden sich zwei rohrförmige Körper 3 a, 3 b in dem ersten rohrförmigen Körper 2 (Darstellung als Querschnitt in der Fig. 4). Die ersten Enden der zweiten rohrförmigen Körper 3a, 3b enden in einem Endbereich des ersten rohrförmigen Körpers 2, während die zweiten Enden die Eintritte für einen Wärmeträger und einen Arbeitsstoff, z.B. ein Kältemittel oder Kältemittelgemisch, sind.

In einer Ausführungsform des vierten Ausfuhrungsbeispiels befindet sich auf den zweiten rohrförmigen Körpern 3a, 3b eine wärmeisolierende Schicht oder zwischen diesen ein wärmeisolierender Körper. Die jeweils äußeren Oberflächen sind mit einer Deckschicht versehen, so dass der Wärmeträger oder der Arbeitsstoff im ersten rohrförmigen Körper 2 nicht in diese Schicht oder diesen Körper eindringen kann.

In weiteren Ausfuhrungsformen der Ausfuhrungsbeispiele ist der zweite rohrformige Körper 3 mit einem Wärmeisolator 18 versehen. Die Fig. 5 zeigt prinzipiell einen derartig ausgeführten Wärmetauscher 1 als Tauchkollektor.

In weiteren Ausfuhrungsformen der Ausfuhrungsbeispiele zwei bis vier können die Wärmeträger und ArbeitsstofFe auch der beschriebenen Richtung entgegengesetzt strömen. Dazu sind die Austritte die Eintritte und die Eintritte die Austritte.

In weiteren Ausfuhrungsformen der Ausfuhrungsbeispiele können im Bereich der Strömung
des mindestens eines Wärmeträgers und/oder wenigstens eines Arbeitsstoffes mindestens ein die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur des Wärmeträgers und/oder ArbeitsstofFes jeweils messender Sensor angeordnet sein. Über eine Regelung, die wenigstens mit dem Verdichter 11, der oder den Pumpen 12 und dem Nutzwärmetauscher 13 zusammengeschaltet ist, sind die gesamten Eigenschaften des Wärmeträgers und/oder des Arbeitsstoffes beeinflussbar und damit der Prozess der Wärmepumpenanlage regelbar.

Claims

1. Wärmetauscher als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten wenigstens an einem Ende geschlossenen rohrförmigen Körper (2) mindestens ein zweiter rohrförmiger Körper (3), dass das erste Ende des zweiten rohrförmigen Körpers (3) im Bereich des geschlossenen Endes des ersten rohrförmigen Körpers (2) angeordnet sind, dass das zweite Ende des zweiten rohrförmigen Körpers (3) der Eintritt oder der Austritt mindestens eines Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes, dass die Öffnung des ersten rohrförmigen Körpers (2) der Austritt oder der Eintritt für den mindestens einen Wärmeträger und/oder Arbeitsstoff sind und dass sich der erste rohrförmige Körper (2) direkt oder über wenigstens eine Zwischenschicht an oder in einer primären oder sekundären Wärmequelle (4) befindet.

2. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste geschlossene rohrförmige Körper (2) zwei Kammern (9, 10) besitzt, dass die erste Kammer (9) der Eintritt oder der Austritt des mindestens einen Wärmeträgers und/oder wenigstens einen Arbeitsstoffes ist, dass das zweite Ende des wenigstens einen zweiten rohrförmigen Körpers (3) an oder in dieser ersten Kammer (9) endet, dass der zweite rohrförmige Körper (3) sich in der zweiten Kammer (10) befindet, dass das erste Ende des mindestens einen zweiten rohrförmigen Körpers (3) im Bereich des geschlossenen Endes der zweiten Kammer (10) gegenüber der ersten Kammer (9) angeordnet ist und dass wenigsten eine Öffnung der zweiten Kammer (10) der Austritt oder der Eintritt des mindestens einen Wärmeträgers und/oder wenigstens einen Arbeitsstoffes ist.

3. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite rohrförmige Körper (3) mindestens ein für die Weiterleitung jeweils wenigstens eines Wärmeträgers und mindestens eines Arbeitsstoffes dienendes Rohr (3b)-in-Rohr (3a)- System ist oder dass wenigstens zwei nebeneinander angeordnete zweite rohrförmige Körper (3a, 3b) für die Weiterleitung jeweils mindestens eines Wärmeträgers oder mindestens Arbeitsstoffes im ersten rohrförmigen Körper (2) angeordnet sind.

4. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des jeweils innenliegenden Rohres (3b) des wenigstens einen Rohr (3b)- in-Rohr (3a)-Systems mit einer wärmeisolierenden Schicht oder einem wärmeisolierenden Körper versehen ist oder dass sich zwischen den nebeneinander angeordneten zweiten rohrförmigen Körpern (3a, 3b) eine wärmeisolierende Schicht oder ein wärmeisolierender Körper befindet.

5. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach den Schutzansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die ersten Enden der zweiten rohrförmigen Körper (3) aus dem ersten rohrförmigen Körper (2) geführt sind oder in und/oder an der ersten Kammer (9) enden und dass diese die Eintritte oder Austritte für ein oder mehrere Wärmeträger und/oder Arbeitsmittel sind.

6. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers (3) kleiner als der des zweiten Endes ist oder dass der Endbereich des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers (3) als Düse, als ein Reduzierventil mit einem Druckminderprofil oder als druck- oder saugabhängige Öffnung ausgebildet ist.

7. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten rohrförmigen Körper (2), am zweiten rohrförmigen Körper (3) und/oder gegenüber der Öffnung des ersten Endes des zweiten rohrförmigen Körpers (3) wenigstens eine eine Veränderung der Strömung und/oder eine Verwirbelung hervorrufende Einrichtung (7) angeordnet ist.

8. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Veränderung der Strömung und/oder eine Verwirbelung hervorrufende Einrichtung (7) ein Leitblech (8), ein Verteilerkopf und/oder ein turbinenartiges Verwirbelungssystem ist.

9. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach den Schutzansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des zweiten rohrförmigen Körpers (3) oder in mindestens einer Wandung eines der Rohre (3a, 3b) oder eines der rohrförmigen Körper (3a, 3b) wenigstens eine Öffnung eingebracht ist.

10. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des ersten und des zweiten rohrförmigen Körpers (2, 3) jeweils eben oder uneben ausgeführt sind.

11. Wärmetauscher als Tauchkollektor nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im der Strömung des wenigstens eines Wärmeträgers und/oder mindestens eines Arbeitsstoffes mindestens ein die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur des Wärmeträgers und/oder Arbeitsstoffes messender Sensor angeordnet ist.