DE2619362A1 - ARRANGEMENT OF UNDERGROUND HEAT EXCHANGER PIPES AND IRRIGATION HOSES - Google Patents
ARRANGEMENT OF UNDERGROUND HEAT EXCHANGER PIPES AND IRRIGATION HOSESInfo
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Description
Std 3603Hrs 3603
Dr.-Ing. Wolfang Ständer, KarlsruheDr.-Ing. Wolfang Ständer, Karlsruhe
'Anordnung von unterirdisch verlegten Wärmetauscherrohren und Bewässerungsschläuchen'' Arrangement of underground heat exchanger pipes and irrigation hoses
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von unterirdisch verlegten Wärmetauscherrohren, insbesondere von Kühlwasserrohren von Kernkraftwerken, sowie für eine solche Anordnung bestimmte Bewässerungsschläuche.The invention relates to an arrangement of heat exchanger pipes laid underground, in particular cooling water pipes of nuclear power plants, as well as for such Arrangement of certain irrigation hoses.
Die Abwärme von Kraftwerken, insbesondere von Kernkraftwerken, wird vielfach für landwirtschaftliche Zwecke in der Weise verwertet (unter gleichzeitiger Lösung des bei Kraftwerken auftretenden Kühlwasserproblemes), daß man das wärme Kühlwasser durch unterirdisch verlegte Wärmetauscherrohre leitet, hierdurch den landwirtschaftlich genutzten Boden erwärmt und zugleich die erforderliche Rückkühlung des Kühlwassers bewirkt. Dabei entsteht nun allerdings das Problem, daß der Boden in der Umgebung dieser Wärmetauscherrohre durch die zugeführte Wärme austrocknet und schrumpft, so daß eine Isolierschicht entsteht, die den weiteren Wärmeübergang vom Kühlwasser in den Boden zunehmend verschlechtert.The waste heat from power plants, especially from nuclear power plants, is often used for agricultural purposes utilized in such a way (with simultaneous solution of the cooling water problem occurring in power plants) that the warm cooling water is passed through underground heat exchanger pipes, which means that it is used for agricultural purposes used soil is heated and at the same time causes the necessary re-cooling of the cooling water. It now arises however, there is the problem that the soil in the vicinity of these heat exchanger tubes dries out as a result of the heat supplied and shrinks, so that an insulating layer is created, which further heat transfer from the cooling water into the soil increasingly deteriorated.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieses Nachteiles eine Anordnung von unterirdisch verlegten Wärmetauscherrohren so auszubilden, daß ein gleichbleibend guter Wärmeübergang vom Wärmetauscherrohr in den Boden gewährleistet ist.The invention is therefore based on the object, while avoiding this disadvantage, an arrangement of underground installed heat exchanger pipes in such a way that a consistently good heat transfer from the heat exchanger pipe is guaranteed in the ground.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in unmittelbarer Nähe dieser Wärmetauscherrohre und gleichfalls unterirdisch verlegt zur Befeuchtung des Bodens in der Umgebung der Wärmetauscherrohre dienende Bewässerungsschläuche vorgesehen sind.According to the invention, this object is achieved by that in the immediate vicinity of these heat exchanger pipes and also laid underground to humidify the Irrigation hoses serving in the vicinity of the heat exchanger pipes are provided on the ground.
Diese Bewässerungsschläuche lassen in kleinsten Mengen Wasser austreten und befeuchten dadurch den Boden in der Umgebung der Wärmetauscherrohre. Das durch die Bewässerungsschläuche zugeführte Wasser wandert dann aus der unmittelbaren Umgebung der Wärmetauscherrohre kapillar in die weitere Umgebung, was einerseits die Wärmeleitung von den Wärmetauscherrohren in den Boden verbessert und durch den kapillaren- Feuchtestrom einen zusätzlichen Wärmetransport bewirkt.These irrigation hoses allow the smallest amounts of water to escape and thereby moisten the soil in the vicinity of the heat exchanger tubes. The water supplied through the irrigation hoses then migrates out the immediate vicinity of the heat exchanger tubes capillary in the wider environment, which on the one hand the heat conduction from the heat exchanger tubes into the ground and an additional one through the capillary moisture flow Causes heat transport.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß eine oberirdisch, beispielsweise durch Regner, bewirkte Wasserzufuhr das geschilderte Problem nicht lösen könnte, da das versickernde Wasser aufgrund der von der Temperatur abhängenden Oberflächenspannung des Wassers immer das Bestreben hat, in kältere Zonen kapillar abzuwandern. Das versickernde Wasser würde also die das Wärmetauscherrohr umgebende, warme und ausgetrocknete Bodenzone gerade melden. Demgegenüber erzwingt die Anordnung der erfindungsgemäßen Bewässerungsschläuche in unmittelbarer Nähe der Wärmetauscherrohre die erwünschte Befeuchtung der Umgebungszone der Wärmetauscherrohre.It should be noted at this point that water is supplied above ground, for example by sprinklers could not solve the problem described, because the seeping water due to the temperature depending on the surface tension of the water, it always tends to migrate capillary into colder zones. The water that seeps away would straighten the warm and dried-out soil zone surrounding the heat exchanger tube Report. In contrast, forces the arrangement of the irrigation hoses according to the invention in the immediate vicinity of the Heat exchanger tubes the desired humidification of the zone surrounding the heat exchanger tubes.
Da von Kraftwerken im allgemeinen auch in der Sommerzeit eine Wärmeabnahme verlangt wird, muß bei einer unterirdischen Verlegung von Kühlwasserrohren Vorsorge getroffen werden, daß im Sommer durch eine zusätzliche Er-Since power plants are generally required to take off heat even in summer, an underground Laying of cooling water pipes.
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wärmung des Bodens keine schädlichen Einflüsse auf das Pflanzenwachstum hervorgerufen werden. Zu diesem Zweck wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine künstliche Kühlung vorgesehen, indem in der Nähe der Wärmetauscherrohre und Bewässerungsschläuche gleichfalls unterirdisch verlegte Belüftungsrohre angeordnet werden. Wird an heißen Tagen durch diese Belüftungsrohre Luft in den Boden eingeblasen, so nimmt sie auf ihrem Weg zur Erdoberfläche Feuchte aus dem Boden auf, wobei die auftretende Verdunstungskühle eine erhebliche Temperaturabsenkung des durch das Kühlwasser erwärmten Bodens bewirkt.warming the soil does not have any harmful effects on plant growth. To this end according to an advantageous embodiment of the invention, artificial cooling is provided by in Ventilation pipes also laid underground near the heat exchanger pipes and irrigation hoses to be ordered. If air is blown into the ground through these ventilation pipes on hot days, it absorbs on their way to the surface of the earth moisture from the soil, whereby the evaporation cooling occurs a considerable Temperature reduction of the heated by the cooling water Causes soil.
Die Anordnung eines solchen Dreikanalsystemes bringt ferner den Vorteil mit sich, daß man im Frühjahr, beispielsweise während der gefürchteten Nachtfröste, ebenfalls Luft in den Boden blasen kann, die an der Oberfläche feuchtwarm austritt und die Pflanzen vor Kälte schützt.The arrangement of such a three-channel system brings also has the advantage that you can also do this in spring, for example during the dreaded night frosts Can blow air into the soil, which comes out on the surface and is moist and warm and the plants from the cold protects.
Die Wärmetauscherrohre, Bewässerungsschläuche und Belüftungsrohre werden zweckmäßig in einer Tiefe von O,3 bis 1,O m, vorzugsweise von etwa 0,5 m, verlegt.The heat exchanger pipes, irrigation hoses and ventilation pipes are expediently at a depth of 0.3 to 1.0 m, preferably about 0.5 m.
Die durch die Bewässerungsschläuche bewirkte Wasserzufuhr wird zweckmäßig in genauer Abhängigkeit vom Feuchtegehalt des Bodens in der Umgebung der Wärmetauscherrohre vorgenommen. Die bisher bekannten Feuchte-Meßeinrichtungen sind durchweg unbefriedigend, da sie entweder von der Temperatur und/oder vom Salzgehalt des Bodens abhängen oder eine nur sehr unzureichende Genauigkeit besitzen.The water supply caused by the irrigation hoses is expedient depending on the exact Moisture content of the soil made in the vicinity of the heat exchanger tubes. The previously known humidity measuring devices are consistently unsatisfactory because they depend either on the temperature and / or the salinity of the Depend on the ground or have only a very inadequate accuracy.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist in unmittelbarer Nähe der Wärmetauscherrohre eine den Feuchtegehalt des Bodens feststellende und in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt die Wasserzufuhr zum Bewässerungsschlauch steuernde Meßeinrichtung vorgesehen, die eine zeitweise eingeschaltete Heizeinrichtung enthält und die sich zwischen Beginn und Ende der Heizungszeit ergebende Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebung bestimmt. Bei feuchtem Boden ist diese Temperaturdifferenz wegen der größeren Wärmeableitung gering, während sie bei trockenem Boden entsprechend hoch ist. Eine derartige Meßeinrichtung zeichnet sich durch eine hohe Meßempfindlichkeit sowie .eine weitgehende Unabhängigkeit von zahlreichen Einflußgrößen aus.According to an advantageous embodiment of the invention is in the immediate vicinity of the heat exchanger tubes determining the moisture content of the soil and, depending on the moisture content, the water supply to the irrigation hose controlling measuring device is provided which contains a temporarily switched on heating device and the temperature difference between the beginning and the end of the heating period compared to the environment certainly. With moist soil, this temperature difference is small because of the greater heat dissipation, while with dry soil is correspondingly high. Such a measuring device is characterized by high measuring sensitivity and .an extensive independence from numerous influencing factors.
Ein Ausführungsbeispiel eines für die erfindungsgemäße Anordnung geeigneten Bewässerungsschlauches ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht. Es zeigenAn embodiment of an irrigation hose suitable for the arrangement according to the invention is shown in FIG the drawing illustrated schematically. Show it
Fig. 1 eine ganz schematisch gehaltene AufsichtFig. 1 is a very schematic top view
auf ein Teilstück des Bewässerungsschlauches,on a section of the irrigation hose,
Fig. 2 einen Schnitt (in vergrößertem Maßstab) durch den Schlauch im Bereich einer schlitzförmigen Öffnung.2 shows a section (on an enlarged scale) through the hose in the region of a slot-shaped one Opening.
Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Bewässerungsschlauch 1 ist mit einer Vielzahl von schlitzförmigen Öffnungen 2 versehen, die beispielsweise längs einer parallel zur Längsrichtung des Schlauches verlaufenden Mantellinie angeordnet sind. Die Länge 1 dieser schlitzförmigen Öffnungen liegt zwischen 0,1 und 0,2 mm; der Abstand DThe irrigation hose 1 illustrated in FIGS. 1 and 2 has a plurality of slot-shaped openings 2 provided, for example along a surface line running parallel to the longitudinal direction of the hose are arranged. The length 1 of these slot-shaped openings is between 0.1 and 0.2 mm; the distance D
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zwischen aufeinanderfolgenden öffnungen 2 beträgt beispielsweise 0,2 bis 0,6 m.between successive openings 2 is, for example 0.2 to 0.6 m.
Die schlitzförmigen öffnungen 2 weisen - wie Fig.The slot-shaped openings 2 have - as shown in FIG.
zeigt - eine sich nach außen zu keilförmig erweiternde Querschnittsform auf und sind auf der Wassereintrittsseite (d.h. im Bereich der Innenwand 1a des Schlauches) durch verhältnismäßig scharfe Kanten 2a, 2b begrenzt. Dies hat zur Folge, daß der im Betrieb des Bewässerungsschlauches aus der schlitzförmigen öffnung 2 austretende Wasserstrahl 3 sich im Bereich der Kanten 2a, 2b ablöst und aufgrund der sich ausbildenden Einschnürung die Innenwand der schlitzförmigen öffnung 2 im wesentlichen nicht berührt. Die Gefahr von Verschmutzungen und Ablagerungen in der schlitzförmigen öffnung wird dadurch auf ein Minimum verringert.shows - a cross-sectional shape that widens towards the outside to form a wedge and are on the water inlet side (i.e. in the area of the inner wall 1a of the hose) limited by relatively sharp edges 2a, 2b. this has the consequence that the water jet 3 emerging from the slit-shaped opening 2 during operation of the irrigation hose detaches itself in the area of the edges 2a, 2b and, due to the constriction that forms, the inner wall of the slot-shaped opening 2 essentially not touched. The risk of dirt and debris in the slot-shaped This reduces the opening to a minimum.
Die Herstellung dieser schlitzförmigen öffnungen mit sich nach außen zu keilförmig erweiterndem Querschnittsprofil kann beispielsweise mit Hilfe eines keilförmigen Messers erfolgen, das bis zu einer bestimmten Tiefe in die Wandung des Schlauches eindringt. Selbstverständlich sind auch andere Herstellungsverfahren möglich.The production of these slot-shaped openings with cross-sectional profile widening outwardly to form a wedge shape can be used, for example, with the aid of a wedge-shaped one Made knife that penetrates to a certain depth in the wall of the hose. Of course other manufacturing processes are also possible.
Trotz der bei bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten auftretenden Ablösung des Wasserstrahles von der Wand der sich keilförmig nach außen erweiternden schlitzförmigen öffnunge 2 hat der Wasserstrahl aufgrund der Oberflächenspannung und der Massenkräfte das Bestreben, nach seiner Einschnürung wieder auseinanderzulaufen. Da dies von einer gewissen Wandstärke des Schlauchmateriales wieder zum Anliegen des Strahles an der Wand der schlitzförmigen öffnung führen würde, ist eine extrem dünne Wandstärke des Bewässerungsschlauches vorteilhaft. Erfindungsgemäß besitzt der Schlauch demgemäß eine Wandstärke zwischen 0,2 und 0,35 mm.Despite the detachment of the water jet from the wall of the water jet at certain flow speeds Due to the surface tension, the water jet has slot-shaped openings 2 widening outward in a wedge shape and the forces of the masses strive to diverge again after being constricted. Since this is from a certain wall thickness of the hose material again for the beam to rest against the wall of the slot-shaped opening an extremely thin wall thickness of the irrigation hose is advantageous. According to the invention possesses the tube accordingly has a wall thickness between 0.2 and 0.35 mm.
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Bei dem für die Bewässerung erforderlichen hohen Wasserdruck und der langen Zeitdauer dieses Betriebszustandes reichen allerdings die mechanischen Eigenschaften der meisten Kunststoffe bei dieser geringen Wandstärke nicht aus. Es besteht insbesondere die Gefahr, daß der kalte Fluß des Kunststoffes im Laufe der Zeit zu einer allmählichen Aufweitung der schlitzförmigen öffnungen führt, die sich dann schließlich bei Null-Druck nicht mehr schließen (so daß Wurzeln in die öffnungen eindringen und binnen kürzester Zeit den Schlauch verstopfen können).Um diese Gefahr zu vermeiden, ist im drucklosen Zustand, wenn also nicht bewässert wird, ein vollkommenes Schließen der schlitzförmigen öffnungen unbedingt erforderlich.Given the high water pressure required for irrigation and the long duration of this operating state However, the mechanical properties of most plastics are not sufficient with this low wall thickness. In particular, there is a risk that the cold flow of the plastic will become gradual over time Expansion of the slot-shaped openings, which then finally no longer close at zero pressure (see above that roots penetrate into the openings and can clog the tube within a very short time) To avoid danger, in the depressurized state, i.e. when there is no watering, the complete closing of the slot-shaped openings are essential.
Um dies auch bei der sehr dünnen Wandstärke des Bewässerungsschlauches zu gewährleisten, wird das weichelastische Schlauchmaterial bei der Herstellung in tangentialer Richtung (d.h. in Umfangsrichtung) gereckt, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Schlauchmateriales um ein Vielfaches verbessert werden.This is also the case with the very thin wall thickness of the irrigation hose To ensure that the flexible hose material is tangential during manufacture Direction (i.e. in the circumferential direction) stretched, whereby the mechanical properties of the hose material around can be improved many times over.
Die erfindungsgemäßen Bewässerungsschläuche können im Bedarfsfalle zeitweise auch als zusätzliche Wärmetauscherrohre verwendet werden, indem sie mit einem verringerten Druck betrieben werden, bei dem das dann beispielsweise als Wärmemedium dienende Wasser nicht durch die schlitzförmigen öffnungen austritt.The irrigation hoses according to the invention can If necessary, they can also be used temporarily as additional heat exchanger tubes by using a reduced Pressure are operated at which the water, which is then used, for example, as a heat medium, does not pass through the slot-shaped openings emerge.
Im übrigen können die Wärmetauscherrohre als elastische Schläuche (beispielsweise aus Weich-PVC) ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, daß sie sich - wenn unter Druck gesetzt - satt an die Wandung des im Boden vorgesehenen Kanales anlegen und damit einen guten Wärmeübergang vom Wärmetauscherrohr auf den Boden bewirken.In addition, the heat exchanger tubes can be designed as elastic hoses (for example made of soft PVC). This has the advantage that, when pressurized, it fits snugly against the wall of the floor Create a duct and thus ensure good heat transfer from the heat exchanger pipe to the floor.
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