DE2525480A1

DE2525480A1 - Geothermal heat exchanger system for mounting in soil - has twin plastic sheet construction with internal separator plates to form meander path for heat transfer medium

Info

Publication number: DE2525480A1
Application number: DE19752525480
Authority: DE
Inventors: Artus Feist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-06-07
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1976-12-23

Abstract

A heat exchanger device which can be mounted within the earth in order to utilise geothermal energy, for use with a heat pump, consists of two rectangular plastic sheets (12, 14) which are laid one on top of the other and have the longitudinal (16) and transverse (20) edges welded together. A transfer medium inlet (26) and outlet (28) are attached to opposite long ends. A system of separators (24) is provided to form a fluid medium reander path between the two sheets (12, 14). The separators (24) begin just after one or other long edge and finish just before the other.

Description

Im Erdreich zu verlegender Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen im Erdreich zu verlegenden Wärmeaustauscher für das Betriebsmittel einer Wärmepumpenheizung.Heat exchanger to be laid in the ground The invention relates to a heat exchanger to be laid in the ground for the equipment of a heat pump heating system.

Die für die Beheizung von Husern herkön.lich verwendeten Primärenergieen wie Kohle, Öl und Erdgas werden teurer und knapper. Ebenso stellt nan hier höhere Anforderungen an ihre Verbrennung. In vorliegenden Zusammenhang reicht es aus. diese Anforderungen mit dem Stichwort Umweltschutz zu umschreiben.The primary energies traditionally used to heat houses like coal, oil and natural gas are becoming more expensive and scarce. Likewise, nan places higher here Requirements for their combustion. In the present context it is sufficient. these To describe requirements with the keyword environmental protection.

Auf der Suche nach neuen fUr die Beheizung von Häusern anwendbaren billigen und umweltfreundlichen Energleen ist nan auf die natürlicht Erdwärne gestossen. Diese lãsst sich nit den physikalisch seit langen bekannten Prinzip der Wärmepupe ausnutzen und zur Hausbeheizung heranziehen. Mit einer solchen Wärmepumpe wird die Erdwärme durch Einbringen nechanischer Energie auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Vereinfacht gespochen, handelt es sich um dem von Eisschränken bekannten Kälttemaschinen-Prozess, der jetzt in anderer Richtung durchlaufen wird. Bei diesen nun Iinksherun ablaufenden kreisprozess wird der Verflüssiger der Wärmepumpe, in dem ein dampfförmiges Betriebsmittel unter Abgabe des grössten Teils der in ihm enthaltenen Wärme verflüssigt wird, als Wärmetauscher ausgebildet. Er gibt die aus den Betriebsmittel herausgeholte Wärmeenergie an den Wärmeträger der Heizanlage ab.Looking for new ones applicable for heating houses cheap and environmentally friendly energy has come across natural light geothermal energy. This can be done using the principle of the heat pump, which has been known physically for a long time take advantage of it and use it for heating the house. With such a heat pump, the Geothermal energy by bringing in mechanical energy to a higher temperature level brought. To put it simply, it is the one known from ice cabinets Refrigeration machine process that is now going through in a different direction. With these The heat pump's condenser is now in the process of running in the left-hand direction which is a vaporous operating medium with the release of most of the in it The heat contained is liquefied, designed as a heat exchanger. He spends them The thermal energy extracted from the equipment is transferred to the heat transfer medium of the heating system away.

Ein wesentlicher und den Gegenstand der vorliegenden Erfindung b11-dender Bestandteil einer Wärmmepumpenheizung ist der in Erdboden zu verlegende Wärmeaustauscher. Dieser wird vom Betriebsmittel durchströmt und soll dieses auf einem möglichst langen Weg mit dem Erdreich in Berührung bringen. Dabei nimmt es aus diesem Wärme auf.An essential and the subject of the present invention b11-dender The heat exchanger to be laid in the ground is part of a heat pump heating system. This is traversed by the equipment and should last as long as possible Bring the way into contact with the ground. It absorbs heat from this.

Bei den bisherigen Versuchen zur praktischen Verwirklichung einer Wärmepumpenheizung hat man als Wärmeaustauscher Rohrcoder Schläuche. gegebenenfalls in hin- und hergehenden Schleifen, in Erdboden verlegt. Nach einer Faustregel muss san dabei zu Beheizen von 1 qn Fussbodenfläche etwa 3 - 4 qn Erdboden belegen. Wegen der mit steigender Tiefe zunehmenden Bodentemperatur soll der Wärmeaustaushher möglichst tief verlegt werden. Der Wärmeaustauscher wird unser anderem in der für das Hausfundament ausgeschachteten Grube verlegt. Diese Grube, deren Fläche die Grundfläche des Hauses etwas Ubersteigt, hat Jedoch auf keinen Fall eine die Fussbodenfläche um das Drei- bis Vierfache übersteigende Maß. Somit musste nan den neben den Haus gelegenen Garten oder Hof zun Belegen nit den Rohren oder Schläuchen heranziehen. Dies treibt dte Anlage.In previous attempts to implement a practical Heat pump heating you have tube encoder hoses as a heat exchanger. possibly in reciprocating Loops, laid in the ground. According to a rule of thumb, you have to heat it up cover about 3 - 4 qn of soil from 1 qn of floor area. Because of the increasing As the floor temperature increases, the heat exchanger should be laid as deep as possible will. The heat exchanger will be our other one in the one excavated for the house foundation Relocated pit. This pit, the area of which slightly exceeds the floor area of the house, However, in no case does it have a floor area three to four times larger than the floor area Measure. Thus, the garden or courtyard next to the house did not have to be covered pull the pipes or hoses. This drives the system.

kosten auf untragbare Höhen. Auch nit niedrigen Betriebskosten lassen sie sich kaum noch abtragen.cost to intolerable heights. Even with low operating costs they hardly wear away.

Hiervon ausgehend stellt sich für vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Wärmeaustauscher mit hoher Flächennutzung zu entwickeln. Unter Flächennutzung wird dabei das Verhältnis von Berührung weg zwischen Erdboden und Betriebsmittel einerseits und auszuschachtende Bodenfläche andererseits verstanden. Als Lösung fUr diese Aufgabe hat sich nach der Erfindung eine Xonstruktion herausgestellt, die gekennzeichnet ist durch zwei rechteckförmige, aufeinanderliegende und an ihren LUngs- und Querrändern miteinander verschweisste Kunststoffolien, einem Betriebsmitteleinlaut an einer und einen Betriebsmittelauslauf an anderen LUngsende und parallel zu den Querrändern unter gegenseitigen Abstand von Längsrand zu Längsrand verlaufende Abschweissungen zwischen den beiden Folien, die abwechselnd an den einen oder anderen Längsrand beginnen und kurz vor den Jeweilig gegenüberliegenden Längsrand enden. Für das Betriebsmittel ergibt sich daraus ein mäanderförmiger Strömungsweg. Die Länge dieses Strömungsweges ist etwa gleich der Breite einer Folie multipliziert mit der Zahl der Abschweissungen. Diese Länge Übersteigt diejenige Strecke um ein Wesentliches, die bei Belegung der gleichen Bodenfläche mit Rohren oder Schläuchen, auch bei hin- und hergehender Verlegung in Schleifenform, erreichbar ist. Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher bringt damit eine soleh hohe Flächennutzung. dass das Belegen allein der Bodenfläche des Fundamentes fUr viele Anwendungsfälle ausreicht.Proceeding from this, the task at hand for the present invention is to develop a heat exchanger with high land use. Taking land use becomes the relationship of contact away between the ground and the equipment understood on the one hand and excavated soil on the other hand. As a solution For this task, a construction has been found according to the invention, which is characterized by two rectangular, one on top of the other and on theirs Plastic foils welded to one another at the longitudinal and transverse edges, a device inlet at one and an operating fluid outlet at the other end of the line and parallel to the Transverse edges with mutual spacing from longitudinal edge to longitudinal edge between the two foils, which alternate on one or the other longitudinal edge begin and end shortly before the opposite longitudinal edge. For the resource this results in a meandering flow path. The length of this flow path is roughly equal to the width of a film multiplied by the number of welds. This length exceeds the distance by a substantial amount when the same floor area with pipes or hoses, even when laying back and forth in loop form, is achievable. The heat exchanger according to the invention brings thus such a high use of space. that this Evidence alone the The floor area of the foundation is sufficient for many applications.

In einer zweckmässigen Ausgestaltung enden die Abschweissungen in einer ihrem gegenseitigen Abstand entsprechenden Entfernung vor dem jeweilig gegenüberliegenden Längsrand. Damit erhält der durch die Abschweissungen gebildete Strönungskanal auch an den Umkehrstellen gleichen Querschnitt. Dies vermediet unnötige Strömungsverluste.In an expedient embodiment, the welds end in a distance corresponding to their mutual distance in front of the respective opposite Longitudinal edge. This also preserves the diffusion channel formed by the welds same cross-section at the reversal points. This avoids unnecessary flow losses.

Statt der erläuterten Ausführungsform ntt den Betriebsnitteleinlauf an einen und den Betriebsmittelauslauf am anderen Längsende und parallel zu den Querrändern verlaufenden Abschweissungen sind auch andere Ausführungsformen möglich, bei denen das Entscheidende in der Streckung des Strömungsweges liegt. Bei einer solchen Ausführungsform sind Betriebsmitteleinlauf und der Betriebsmittelauslauf am gleichen Lxngsende an den beiden Längsrändern angeordnet. Die Abschwweissungen verlaufen nun parallel zu den Längsrändern von Querrand zu Querrand. Sie beginnen jeweils an einem und enden kurz vor den gegenüberl1egenden Längsrand.Instead of the illustrated embodiment, the operating agent inlet is ntt at one and the operating fluid outlet at the other longitudinal end and parallel to the Welds running across the edges are also possible in other embodiments, where the decisive factor is the stretching of the flow path. At a Such an embodiment are the operating fluid inlet and the operating fluid outlet arranged at the same longitudinal end on the two longitudinal edges. The weldings now run parallel to the longitudinal edges from transverse edge to transverse edge. they begin each at one and end just before the opposite longitudinal edge.

Als ein nur zur Erlluterung und nicht zur Einschränkung dienendes Zahlenbeispiel sei genannt, dass die Folien eine Länge von 10 und eine Breite von 2 m haben. Die Abschweissungen haben einen Abstand von etwa 3 cm. Der Druck des Betriebsmittel liegt bei etwa 1 atü. Damit erhält der Wärmeaustauscher trotz seines Aufbaus aus elastischen Folien eine hohe Steifheit. Diese ist so hoch, dass er ohne Gefährdung des Fundenentes in der Baugrube unter diesen verlegt werden kann.As an illustrative and not a limitation A numerical example should be mentioned that the foils have a length of 10 and a width of Have 2 m. The welds are about 3 cm apart. The pressure of the Operating resources is around 1 atm. So that the heat exchanger gets in spite of its Structure made of elastic foils a high degree of rigidity. This is so high that he can do without Endangerment of the finds in the excavation can be laid under these.

An Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist: Figur 1: eine vereinfachte Aufsicht auf eine Ausführungsform des Wärmeaustauschers, Figur 2: in vergrössertem Maßtab ein Schnitt entlang der in Figur 1 eingezeichneten Schnittlinie und Figur 3 eine vereinfachte Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform.Using the example of the embodiment shown in the drawing, the Invention now further described. The drawing shows: FIG. 1: a simplified one Top view of an embodiment of the heat exchanger, FIG. 2: enlarged Scale a section along the in Figure 1 drawn cutting line and FIG. 3 shows a simplified plan view of a second embodiment.

Der Wärmeaustauscher besteht aus der unteren Folie 12 und der oberen Folie 14. Diese sind an ihren beiden Längsrändern 16 und 18 und ihren beiden Querrändern 20 und 22 miteinander verschweisst.The heat exchanger consists of the lower foil 12 and the upper one Foil 14. These are at their two longitudinal edges 16 and 18 and their two transverse edges 20 and 22 welded together.

Unter gegenseitigen Abstand verlaufen die Abschweissungen 24 bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform quer Uber die Folien.The welds 24 run at a mutual distance Embodiment shown in Figure 1 across the films.

Zu Wärmeaustauscher gehören dann schliesslich noch der Betriebsnitteleinlauf 26 und der Betriebsmittelauslauf 28.Finally, the heat exchanger also includes the operating fluid inlet 26 and the operating fluid outlet 28.

Dieser Wärmeaustauscher wird in einer beliebigen oder besser in einer wirtschaftlich noch erreichbaren Tiefe in Erdboden und ins besondere in der Baugrube verlegt. Ober de. Betriebsmitteleinlauf 26 und dem Betriebsmittelauslauf 28 wird er an den Primärkreislauf der Wärmepumpenheizung angeschlossen. la Betrieb wird er durch das ihn mit Druck durchströmende Betriebsmittel auf seine in Figur 2 gezeigte Forn aufgebläht. Damit erreicht er eine auch für hohe statische Anforderungen ausreichende Steifheit.This heat exchanger is in any or better in one economically achievable depth in the ground and especially in the excavation relocated. Ober de. Operating medium inlet 26 and the operating medium outlet 28 is it is connected to the primary circuit of the heat pump heating. la operation will by the operating medium flowing through it with pressure to its shown in FIG Forn bloated. This means that it achieves a level that is sufficient even for high static requirements Stiffness.

Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform sind der Betriebsnitteleinlauf 26 und der Betriebsmittelauslauf 28 am gleichen Querrand 20 angeordnet. Die Abschweissungen 24 verlaufen nun parallel zu den Längsrändern 16 und 18. Der Strönungsweg wird weder gestreckt. Die Pfeile zeigen ihn an.In the embodiment shown in Figure 3, the operating agent inlet 26 and the operating fluid outlet 28 are arranged on the same transverse edge 20. The weldments 24 now run parallel to the longitudinal edges 16 and 18. The Strönungsweg is neither stretched. The arrows indicate it.

ANSPROCHE APPROACH

Claims

APPROACH 1. Heat exchanger to be laid underground for the equipment a heat pump heater, characterized by two rectangular, one on top of the other and plastic films welded to one another at their longitudinal and transverse edges (16, 18; 20, 22) (12,14), an operating outlet (26) to one and an operating agent outlet (28) at the other longitudinal end, and parallel to the transverse edges (20,22) under mutual Distance from longitudinal edge to longitudinal edge (16,18) extending welds (24) between the two foils (12, 14), which alternately begin at one or the other longitudinal edge and end just before the opposite Lngsrana.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the deviations (24) at a distance corresponding to their mutual spacing end from the longitudinal edges (16,18).

3. Heat exchanger to be laid in Erdreicn for the equipment a hot tube heater, characterized by two rectangular, one on top of the other and plastic films welded to one another at their longitudinal and transverse edges (16, 18; 20, 22) (12,14), an operating fluid inlet (26) on one and an operating fluid outlet (28) on the other side of a longitudinal end, and parallel to the longitudinal edges (16,18) welds running at a mutual distance from transverse edge to transverse edge (20, 22) (24) between the two foils (12, 14), which are alternately attached to one or the other Start the transverse edge and end just before the opposite transverse edge.

4. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the welds (24) at a distance corresponding to their mutual spacing end from the transverse edges (20,22).

L e r s e i t e