DE3000157A1

DE3000157A1 - Vorrichtung zur gewinnung von waermeenergie aus dem erdboden

Info

Publication number: DE3000157A1
Application number: DE19803000157
Authority: DE
Inventors: Klaus 3101 Hornbostel Prenzler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE3000157C2

Description

Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme-
energie aus dem Erdboden Die Erfindung betriffft eine in den Erdboden eintreibbare, von einem Wärmeträger durchströmte Wärmetauschervorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie.
Zur Erzeugung von Wärme mit Hilfe einer Wärmepumpeneinrichtung ist es bekannt, dem Erdreich Grundwasser zu entziehen und der Wärmepumpeneinrichtung zuzuführen. Nach dem Entzug von Wärme wird das Grundwasser mit der dann niedrigeren Temperatur wieder in das Erdreich zurückgeleitet.
Die Rückführung des Wassers ist durch eine Eisenausflockung am Rücklauffilter <Schluckbrunnenfilter) problematisch. Die Eisenflocken treten bereits auf dem Wege zwischen der Tauchmotorpumpe und dem Wärme-tauscher auf und verschmutzen das Filter und den Verdampfer der Wärmepumpe.
Bekannt ist ferner die Gewinnung von Erdwärme mit Hilfe von Rohr- oder Schlauchschlangen D die in Erdbohrungen verlegt werden. Sie können sowohl vertikal als auch horizontal im Boden angeordnet sein. Die Rohr- oder Schlauchschlangen führen ein Wärmeträgermittel, das im Erdboden die Umgebungstemperatur annimmt. Die Wärmepumpe entzieht dem Wärmeträger einen Teil der Wärmemenge, so daß der Wärme träger mit niedrigerer Temperatur wieder zurückgeführt wird und erneut die negative Temperaturdifferenz im Erdboden ausgleichen kann. Die Vertikalverlegung der Rohr-oder Schlauchschlangen setzt ein genügend hohes Grundwasserniveau voraus, um den Wärmeübergang sicherzustellen. Bei einer Horizontalverlegung ist ein großer Erdaushub notwendig und führt häufig zu einer Störung des ökologischen Gleichgewichts,durch eine ständige Unterkühlung des betroffenen Erdreichs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß der Entzug von Wärmeenergie aus dem Erdboden unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile sichergestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines zylindrischen Gehäuses mit Anschlüssen für Zu- und Ableitungen Leitelemente zur Erzeugung schraubenförmiger Bewegungen des durch das Gehäuse strömenden Wärmeträgers angeordnet sind.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine direkte Grundwasserbeeinflussung vermieden. Das obere Erdreich kann gegebenenfalls durch eine Isolation vor weitgehender Unterkühlung geschützt werden, wodurch zur Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts beigetragen wird. Durch eine geeignete konstruktive Gestaltung kann der Druckverlust der Vorrichtung gering gehalten werden, so daß der Einsatz kleiner Pumpen zur Energieeinsparung möglich ist. Es konnen mehrere Vorrichtungen in Anpassung an örtliche Gegebenheiten in Reihen- oder Parallelschaltung miteinander verbunden werden. Durch die Anordnung von Thermoventilen und Thermofühlern ist eine differenzierte Steuerung des Wärmeträgerumlaufs bei der Kombination mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen möglich. Beim Einsetzen der Vorrichtung in das Erdreich sind pzatzfordernde Bohrgeräte überflüssig. Das Gehäuse kann platzsparend auf geringstem Raum in das Erdreich getrieben werden und zwar unter einem wählbaren Winkel zwischen 0o und 900, d. h. zwischen der Horizontalen und der Vertikalen Die Winkelanordnung wird vielfach durch die Temperaturabsenkung des Grundwassers bestimmt. Um der Gefahr einer Vereisung der gesamten Außenflächen zu entgehen, kann es zweckmäßig sein, daß Gehäuse mit einer Neigung gegen die Vertikale in das Erdreich zu pressen. Eine Vereisung des gesamten Außenumfangs wird dadurch mit Sicherheit vermieden.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung einer Kurzschlußverbindung zwischen der Zu- und der Ableitung des Wärmeträgers in Verbindung mit Elementen zur Steuerung der Vermischung von Teilen des Rücklaufstromes mit dem Vorlaufstrom Als Steuerelement eignet sich ein Drosselventil innerhalb der Kurzschlußverbindung und eine Saugdüse in der Zuleitung, die dafür sorgt, daß in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselventils mehr oder weniger große Anteile des Rücklaufstroms sofort wieder in den Vorlauf und von dort erneut zurück in das Gehäuse gefördert wird.
Zur Sicherstellung eines optimalen Wärmeübergangs von der Umgebunystemperatur zum Wärmeträger kann als Leitelement innerhalb des Gehäuses eine schneckenförmige Wendel oder dergleichen vorgesehen sein, die dafür sorgt, daß der Wärmeträger ständig die Zylinderwand bedeckt und dabei durchmischt wird.
Zur Verbindung mehrerer Gehäuse miteinander dienen Anschlußstutzen am äußeren Ende des Zuleitungsrohres.
Das untere Ende des zylindrischen Gehäuses wird vorteilhafterweise mit einem Doppelboden versehen.
Dieser Doppelboden kann sowohl stumpf als auch spitz und zusätzlich mit einer Kugel an seinem äußeren Ende ausgebildet sein. Die Wahl der Form des Doppelbodens ist abhängig von der Bodenbeschaffenheit. Die Verwendung einer Kugel am untersten Ende, insbesondere an einer Spitze hat den Vorteil, daß beim Eintreiben des Gehäuses in morastigen Boden, die von diesen verursachten Rückstellkräfte, die sich als Rückschläge bemerkbar machen, we.itgehendst unwirksam zu machen.
Durch die Kugel wird eine besonders gute Verankerung im morastigen Boden erreicht In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung mit einer am Außenmantel entlanggeführten Zuleitung, Figur 2 eine Vorrichtung mit einer konzentrisch in das Gehäuse führenden Zuleitung und Figur 3 die Einzelheit einer Bodenausbildung.
Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1 mit einer darin angeordneten wendelförmigen Leitvorrichtung 2, einem Boden 3 und einer nach unten weisenden Hohlspitze 4, so daß der Boden 3 und die Spitze 4 einen Doppelboden bilden.
An der Außenseite des Gehäuses 1 ist eine Zuleitung 5 (Figur 1) entlanggeführt, die in der Nähe des Bodens 3 in den Innenraum des Gehäuses 1 mLindet. Am oberen Gehäuseabschluß 6 bzw. in dessen ummittelbarer Nähe setzt eine Ableitung 7 in Form eines Rohres an. Ein rohrförmiger Anschlußstutzen 8 am oberen Ende der Zuleitung 5 ist an beiden Seiten mit Gewinden 9 und 10 versehen, um eine Verbindung mit weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtungen zu ermöglichen. Mit 11 und 12 sind Meßstutzen der Ableitung 7 bzw. der Zuleitung 8 bezeichnet.
Ein Rohrstück 13 verbindet die Ableitung 7 mit dem Anschlußstutzen 8 und enthält ein Drosselventil 14. Unmittelbar an der Einmündung des Rohrstücks 13 in den Anschlußstutzen 8 ist ein Saugventil 15 angeordnet.
Die Ausffihrung gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der vorstehend geschilderten nur durch die konzentrische Anordnung der Zuleitung 5 im Gehäuse 1, in weichem sie kurz vor dem Boden 3 endet.
Außerdem ist der als Spitze 4 ausgebildete Doppelboden mit einer Kugel 16 ausgerüstet, die sich vor allem beim Einbringen des Gehäuses 1 in morastigen Boden bewährt hat. Eine flache Doppelbodenausbildung ist in Figur 3 dargestellt. Sie genügt zum Einbringen des Gehäuses in einen gut verdrängbaren Boden, wie beispielsweise bei bestimmten Lehmarten.
Während des Betriebs strömt der Wärmeträger in Pfeilrichtung über den Anschlußstutzen 8 in die Zuleitung 5, von der er bis zum Boden 3 des Gehäuses 1 geleitet wird. Von dort strömt er der wendelförmigen Leitvorrichtung 2 folgend in schraubenförmigen Bewegungen nach oben und tritt schließlich in die Ableitung 7 ein und gelangt von dort zur nicht dargestellten Wärmepumpe. Bei ungenügender Energieaufnahme, beispielsweise zu hoher Strömungsgeschwindigkeit oder zu geringer Temperaturdifferenz kann das Drosselventil 17 mehr oder weniger weit geöffnet werden. Durch den Unterdruck in der Saugdüse 15 wird nunmehr über das Rohrstück 13 eine entsprechende Menge des Wärmetragers aus der Ableitung 7 gesaugt und dem Vorlauf ds Wärmeträgers in dem Anschlußstutzen 8 beigemengt. Bei voller Pumpenleistung kann somit die Umlaufmenge des Wärmeträgers zur Wärmepumpe stufenlos bis zur vollen Kapazität des Drosselventils 14 verringert werden.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche 1 9 In den Erdboden eintreibbare, von einem Wärmeträger durchströmte Wärmetauschervorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines zylindrischen Gehäuses (1) mit Anschlüssen für Zu-(5) und Ableitungen (7) Leitelemente (2) zur Erzeugung schraubenförmiger Bewegungen des durch das Gehäuse strömenden Wärmeträgers angeordnet sind.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zu- und der Ableitung des Wärme trägers eine Kurzschlußverbindung (13) mit Elementen zur Steuerung der Vermischung von Teilen des Rücklaufstromes mit dem Vorlaufstrom vorgesehen ist 3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kurzschlußverbindung (13) ein Drosselventil (14) und in der Zuleitung im Bereich der Einmündung der Kurzschlußverbindung eine Saugdüse (15) angeordnet sind 4,) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitelement eine schraubenförmige Wendel eine Leitschnecke (2) eingesetzt ist.

5.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (5) des Wärmeträgers konzentrisch im zylindrischen Gehäuse (1) angeordnet ist.

6.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (5) des Wärmeträgers an der Außenseite des zylindrischen Gehäuses (1) entlanggeführt ist.

7.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung des Wärmeträgers mit Anschlußstutzen (8) zum Verbinden mehrerer Vorrichtungen untereinander ausgerüstet ist.

8.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des zylindrischen Gehäuses mit einem Doppelboden (3, 4, 17) ausgeführt ist.

9.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Gehäuses in einer Spitze auslaufend ausgebildet und diese mit einer Kugel (16) versehen ist.

10.) Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Einsatz von Thermoventilen und Thermofühlern zur differenzierten Steuerung des Wärmeträgerumlaufs bei mehreren miteinander verbundenen Gehäusen.