DE202006016308U1

DE202006016308U1 - Vorrichtung zur Entnahme von Wärme

Info

Publication number: DE202006016308U1
Application number: DE202006016308U
Authority: DE
Original assignee: HOLL MARKUS
Current assignee: HOLL MARKUS
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2016-10-24

Abstract

Erdwärmetauscher mit einem in einem Boden verlegbaren, von einem Wärmeträger durchströmbaren wellrohrförmigen Wärmetauscherrohr aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß das druckfeste wellrohrförmige Wärmetauscherrohr (4) bereichsweise sowohl an seiner Mantelinnenfläche (5), als auch an seiner Mantelaußenfläche (6) mit einer mit seinen Wellentälern und -rücken quer zur Wärmetauscherlängsachse (A) ausgerichteten Wellung (7, 8) ausgestattet ist und daß das Wärmetauscherrohr (4) entlang der Rohrlängsachse (A) abwechselnd aus gewellten und zylindrischen Abschnitten besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem in einem Boden verlegbaren, von einem Wärmeträger durchströmbaren wellrohrförmigen Wärmetauscherrohr.
Derartige Vorrichtungen dienen zur Entnahme von Bodenwärme aus Grundwasser und/oder dem das Grundwasser umgebenden Erdreich mittels des Wärmeträgers. Die dem Erdreich entnommene Wärme wird anschließend üblicherweise einer Wärmepumpe zugeführt, mittels der die dem Erdreich entnommene Wärme dem Wärmeträger wiederum entzogen und zum Heizen üblicher Verbraucher, wie beispielsweise einer Warmwasserheizung od. dgl., verwendet wird. Bekannte Wärmetauscher bestehen beispielsweise aus im wesentlichen waagrecht im Erdreich verlegten Rohren, die neben aufwendigen Verlegungsarbeiten eine große Fläche zum Verlegen erfordern. Ähnliche Wärmetauscher kommen auch bei Fußbodenheizungen zum Einsatz, wobei die Wärmetauscherrohre in diesem Fall üblicherweise in einem Estrich verlegt sind. Die dafür verwendeten Rohre sind beispielsweise außen und innen glatt ausgeführt und bestehen aus Kunststoff, wodurch sich nur ein mangelhafter Wärmeübergang vom Boden auf den Wärmeträger erzielen läßt.
Bei einem anderen bekannten, in eine Erdbohrung eingesetzten Wärmetauscher ( DE 30 47 397 C2 ), besteht dieser aus einem einstückigen Innenrohr, welches in ein dieses umschließendes, endseitig verschlossenes Außenrohr mündet, das eine kordelgewindeförmige Wellform aufweist. Durch die Wellform wird ein Wärmeträger turbulent durch den Wärmetauscher gefördert, um einen gleichmäßigeren Wärmeübergang auf den Wärmeträger zu erzielen. Dieser bekannte Wärmetauscher ist aufgrund seiner Einstückigkeit nur mit erhöhtem Aufwand zu verle gen, so muß dieser in eine 100m oder mehr lange Bohrung eingesetzt werden, wodurch allerdings naturgemäß kein durchgehender direkter Kontakt mit dem Erdreich und somit kein durchgehend gleichmäßiger Wärmeübergang gewährleistet werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen in einem Boden verlegbaren, wellrohrförmigen Wärmetauscher zur Entnahme von Wärme aus, bzw. zur Abgabe von Wärme in den Boden der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der bei hoher Lebensdauer einen verbesserten Wärmeübergang zwischen Boden und Wärmeträger bei vereinfachter Montage ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das druckfeste wellrohrförmige Wärmetauscherrohr bereichsweise sowohl an seiner Mantelinnenfläche, als auch an seiner Mantelaußenfläche mit einer mit seinen Wellentälern und -rücken quer zur Wärmetauscherlängsachse ausgerichteten Wellung ausgestattet ist und daß das Wärmetauscherrohr entlang der Rohrlängsachse abwechselnd aus gewellten und zylindrischen Abschnitten besteht.
Mit der Erfindung wird auf einfache und effiziente Weise ein in einem Boden verlegbarer druckfester Wärmetauscher für Wärmepumpen, Fußbodenheizungen od. dgl. geschaffen, der gegenüber dem Stand der Technik einen verbesserten Wärmeübergang vom Boden auf das Wärmetauscherrohr und vom Wärmetauscherrohr auf den Wärmeträger gewährleistet, da einerseits die an der Mantelaußenfläche vorgesehene, quer zur Wärmetauscherlängsachse, also zur Rohrlängsachse, ausgerichtete Wellung für eine vergrößerte, dem Boden zugewandte Wärmetauscheroberfläche sorgt und anderseits infolge der an der Mantelinnenfläche quer zur Rohrlängsachse vorgesehenen Wellung eine verbesserte Durchmengung des Wärmeträgers im Wärmetauscher erzielt wird.
Um aneinander anzuschließende, rohrförmige und als Meterware gefertigte Wärmetauscher einfach durch Kleben, Schweißen, mit Muffen, Fittingen, unter einander od. dgl. verbinden zu können, besteht das wellrohrförmige Wärmetauscherrohr entlang der Wärmetauscherlängsachse abwechselnd aus gewellten und zylindrischen Abschnitten. Nach einem Abtrennen einer gewünschten Wärmetauscherrohrlänge von einem Bund, kann das abgetrennte Teilstück in einfacher Weise mit dem zylindrischen Abschnitt an der Muffe od. dgl. befestigt werden. Zudem können aneinander anzuschließende Wärmetauscherabschnitte problemlos mit üblichen Mitteln mit stirnseitig stoßenden zylindrischen Abschnitten miteinander verbunden werden.
Als besonders vorteilhaft für die Fertigung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers hat es sich erwiesen, wenn die Wellung in Richtung der Rohrlängsachse schraubenförmig verlaufend ausgebildet ist. Dies sorgt zudem für eine zusätzliche Durchmischung des Wärmeträgers im Wärmetauscher, wodurch der Wärmeübergang noch weiter verbessert wird.
Eine zu große Amplitude der Wellung an der Mantelinnenfläche kann einen wesentlich erhöhten Strömungswiderstand für den Wärmeträger im Wärmetauscher zur Folge haben, wohingegen an der Mantelaußenfläche eine möglichst große Oberfläche für den erhöhten Wärmeübergang vorgesehen werden soll, weshalb die der Mantelinnenfläche zugeordneten Wellen eine bezüglich ihrer Amplitude kleinere Wellung als die der Mantelaußenfläche zugeordneten Wellen aufweisen können.
Weisen die Wellungen der Mantelinnenfläche und der Mantelaußenfläche die gleiche Wellenlänge und Phasenverschiebung auf, so läßt sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher entlang von Bögen verlegen, ohne spezielle Winkelstücke vorsehen zu müssen. Der Wärmetauscher ist zudem vorzugsweise aus Kunststoff bzw. Kunststoff-Metall Verbund gefertigt, da dieser bei leichter Handhabbarkeit bzw. Verlegbarkeit bei geeigneter Materialwahl in besonderer Weise druckfest, korrosions- und alterungsbeständig ist.
In der schematischen Zeichnung ist die Erfindung beispielhaft dargestellt. Sie zeigt einen Abschnitt eines Wärmetauscherrohres im Längsschnitt.
Ein Wärmetauscher 1 umfaßt ein in einem Boden 2 verlegbares, von einem Wärmeträger 3 durchströmbares druckfestes wellrohrförmiges Wärmetauscherrohr 4 zur Entnahme bzw. zur Abgabe von Wärme. Das Wärmetauscherrohr 4 wird beispielsweise mit seinen beiden Enden an eine nicht dargestellte Wärmepumpe, Heizanlage od. dgl. angeschlossen und im Boden 2 verlegt. Der flüssige Wärmeträger 3 wird vorzugsweise in einem Kreislauf durch wenigstens einen wellrohrförmigen Wärmetauscher 1 und die Wärmepumpe, Heizanlage od. dgl. geführt.
Erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 werden beispielsweise als Meterware hergestellt, wobei das Wärmetauscherrohr 4 entlang der Rohrlängsachse A abwechselnd aus gewellten und zylindrischen Abschnitten besteht, wodurch zwei stirnseitig mit den zylindrischen Ansätzen 9 aneinander anzuschließende rohrförmige Wärmetauscher 4, die je aus mehreren gewellten und zylindrischen Abschnitten bestehen können, besonders vorteilhaft durch Kleben, Schweißen (Schweißnaht 10) untereinander bzw. für sich auch mit Muffen, Fittingen od. dgl. verbunden werden können.
Um einen verbesserten Wärmeübergang zwischen Boden 2 und Wärmeträger 3 zu gewährleisten, ist der wellrohrförmige Wärmetauscher 1 gemäß der Erfindung bereichsweise sowohl an seiner Mantelinnenfläche 5 als auch an seiner Mantelaußenfläche 6 mit einer mit seinen Wellentälern und -rücken quer zur Wärmetauscherlängsachse A ausgerichteten Wellung 7, 8 versehen. Weist die Mantelinnenfläche 5 eine bezüglich der Amplitude nahezu gleiche Wellung 7 wie die Mantelaußenfläche 6 auf und ist die Wellung (7, 8) in Richtung der Rohrlängsachse (A) schraubenförmig verlaufend ausgebildet, ist für eine möglichst gute Durchmischung des Wärmeträgers 3 im Wärmetauscherrohr 4 gesorgt.
Die Mantelinnenfläche 5 weist beim in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel eine bezüglich der Amplitude kleinere Wellung 7 als die Mantelaußenfläche 6 auf, womit sichergestellt werden soll, daß sich einerseits zwischen Boden 2 und Wärmetauscher 1 eine möglichst große Fläche für den Wärmeübergang ergibt und daß infolge der an der Mantelinnenfläche 5 vorgesehenen Wellung 7 eine turbulente Strömung des Wärmeträgers 3 durch den Wärmetauscher 1 bei vorgegebener Fördermenge und -geschwindigkeit bei möglichst großer Mantelaußenfläche 6 gerade noch gewährleistet ist. Ein zu großer Strömungswiderstand kann damit vermieden werden.
Die Wellungen 7, 8 der Mantelinnenfläche 5 und der Mantelaußenfläche 6 besitzen gleiche Wellenlänge und Phasenverschiebung, wodurch eine verbesserte Biegsamkeit des Wärmetausches 1 um die Rohrachse 7 gewährleistet ist und der Wärmetauscher 1 auch entlang von Bögen im Boden 2 verlegt werden kann, ohne dabei sogleich ein Knicken des Wärmetauschers befürchten zu müssen.

Claims

Erdwärmetauscher mit einem in einem Boden verlegbaren, von einem Wärmeträger durchströmbaren wellrohrförmigen Wärmetauscherrohr aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß das druckfeste wellrohrförmige Wärmetauscherrohr (4) bereichsweise sowohl an seiner Mantelinnenfläche (5), als auch an seiner Mantelaußenfläche (6) mit einer mit seinen Wellentälern und -rücken quer zur Wärmetauscherlängsachse (A) ausgerichteten Wellung (7, 8) ausgestattet ist und daß das Wärmetauscherrohr (4) entlang der Rohrlängsachse (A) abwechselnd aus gewellten und zylindrischen Abschnitten besteht.
Erdwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung (7, 8) in Richtung der Rohrlängsachse (A) schraubenförmig verlaufend ausgebildet ist.
Erdwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Mantelinnenfläche (5) zugeordneten Wellen (7) eine bezüglich ihrer Amplitude kleinere Wellung als die der Mantelaußenfläche (6) zugeordneten Wellen (8) aufweisen.
Erdwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß Wellungen (7, 8) der Mantelinnenfläche (5) und der Mantelaußenfläche (6) die gleiche Wellenlänge und Phasenverschiebung besitzen.
Erdwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) aus Kunststoff besteht.