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B e s c h r e i b u n g Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher
zur Gewinnung von Umweltwärme, der insbesondere zusammen mit Wärmepumpen eingesetzt
werden kann.
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Beim Betrieb von Wärmepumpen kann die Erwärmung des expandier abgekühlten
Kältemittels durch Nutzung der Erdwärme erfolgen.
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Hierzu wurden bisher umfangreiche Rohrsysteme horizontal in einer
Erdtiefe von mindestens 2 m verlegt. Aufgrund der relativ niedrigen Temperatur in
dieser Erdtiefe sind lange Rohrleitungen und somit grosse Grundstücksflächen erforderlich.
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Für die Installation eines derartigen Rohrsystems sind deshalb umfangreiche
Erdarbeiten erforderlich, die insbesondere in bereits eingefriedeten Grundstücken
nur mit sehr hohem Kostenaufwand möglich sind. Aufgabe der Erfindung ist es, einen
Wärmetauscher zur Gewinnung von Umweltwärme bereitzustell der gegenüber herkömmlichen
Wärmetauschern einen verringerten Platzbedarf aufweist und bei dessen Installation
in der Erde nur geringe Erdbewegungen erforderlich sind.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmetauscher zur Gewinnung von Umweltwärme,
der durch 2 oder mehr konzentrisch angeordnete Rohre und eine zwischen diesen beiden
Rohren liegende Wärmeisolationsschicht gekennzeichnet ist.
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Der erfindungsgemässe Wärmetauscher ist vorzugsweise zur Installation
im Erdreich in senkrechter Richtung zur Erdoberfläche vorgesehen, es ist jedoch
auch eine Montage im Erdreich parallel oder schräg zur Erdoberfläche möglich. Ausser
dem kann der erfindungsgemässe Wärmetauscher auch in Gewässe wie Seen, Bächen oder
Flüssen, sowohl vertikal als auch hori zontal zur Wasseroberfläche angeordnet werden.
Schliesslich eignet sich der erfindungsgemässe Wärmetauscher auch zur Gewinnung
von
Wärme aus der Umweltluft.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass zwischen
dem inneren Rohr, in dem der von der Wärmepumpe kommende abgekühlte Rücklauf fliesst,
gegen das äussere Rohr, in dem die Erwärmung der Flüssigkeit durch das Umweltmedium
stattfindet, eine Wärmeisolationsschicht vorgesehen ist. Ohne derartige Isolierungsmassnahmen
kann ein derartiger Wärmetauscher nur kurzzeitig betrieben werden, da der durch
die Umgebung erwärmte, zur Wärmepumpe strömende Vorlauf durch den kühlen Rücklauf
wieder abgekühlt wird.
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Als Wärmeisolationsschicht können beliebige, für die Wärmeisolierung
von Rohren geeignete Materialien verwendet werden.
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Vorzugsweise besteht die Wärmeisolationsschicht aus einem Luftpolster,
der dadurch bereitgestellt wird, dass das den Rücklauf von der Wärmepumpe aufnehmende
innere Rohr doppelwandig ausgestaltet ist. In dem so gebildeten Rohrmantel befindet
sich das wärmeisolierende Material. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Luft.
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Selbstverständlich kann das entsprechende Prinzip,
wie vorstehend dargelegt, auch zur Gewinnung von Wärme aus anderen Umweltmedien
verwendet werden. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen
Wärmetauscher, der senkrecht zur Erdoberfläche im Erdreich installiert ist; und
Fig. 2 eine besondere Ausgestaltung des Abschlusses am oberen Rohrende.
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Ein von einer Wärmepumpe kommender, abgekühlter Rücklauf 1 fliesst
durch ein inneres Rohr 4 und tritt am unteren Ende in das konzentrische äussere
Rohr 7 aus. Die Flüssigkeit steigt nach oben, wirt durch das umgebende Erdreich
9 erwärmt und gelangt als Vorlauf 2 wieder zur Wärmepumpe. Das äussere Rohr 7 ist
am unteren Ende 11 flüssigkeitsdicht verschlossen, vorzugsweise zugeschweisst.
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Zwischen dem inneren Rohr 4 und dem äusseren Rohr 7. befindet sich
ein konzentrisch angeordnetes mittleres Rohr 6, das am oberen und unteren Ende 8
jeweils dicht mit dem inneren Rohr 4 verschlossen ist, vorzugsweise durch Verschweissen.
Der so gebildete, abgeschlossene Rohrmantel stellt eine Wärmeisolationsschicht 5
dar und ist vorzugsweise mit trockener Luft gefüllt. Zur Aufrechterhaltung des gewünschten
Abstands zwischen dem inneren Rohr 4 und dem mittleren Rohr 6 sind AbstandE halter
3 vorgesehen, die vorzugsweise aus wärmeisolierendem Material, beispielsweise aus
Filzstreifen bestehen. Anstelle von Luft kann selbstverständlich auch ein anderes
geeignetes wärmeisolierendes Material verwendet werden.
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Beim bevorzugten oberen Rohrabschluss des Wärmetauschers gemäss Fig.
2 ist eine Uberwurfiflutter 12 auf ein am oberen Ende des äusseren Rohrs 7 vorgesehenes
Gewinde 13 aufgeschraubt, wobei ein Dichtring 14 am oberen Rand des äusseren Rohrs
7 aufliegt. Zwischen der Aussenseite des mittleren Rohrs 6 und der Innenseite der
überwurfmutter 12 befindet sich eine Keildichtung. Durch den auftretenden Auftrieb
wird das innere Doppelrohr (4, 6) mit konstanter Kraft in die Verschraubung am oberen
Ende des äusseren Rohrs 7 hineingeschoben. Der Keilring 15 dichtet somit das Rohrsystem
völiig ab.
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Materialien und Abmessungen des erfindungsgemässen Xlärmetauschers
werden auf die jeweiligen Gegebenheiten abgestellt.
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Bevorzugt werden Kunststoffrohre verwendet, insbesondere solche aus
Polyäthylen. Beispielsweise kann der Innendurchmesser des inneren Rohrs 15 bis 30
mm, insbesondere 20 mm betragen.
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Die Stärke des die Wärmeisolationsschicht 5 darstellenden Luftpolsters
beträgt etwa 5 bis 10 mm. Der Innendurchmesser des mittleren Rohrs kann beispielsweise
30 bis 50 mm, insbesondere 40 mm betragen. Als Innendurchmesser für das äussere
Hoher 7 kommen 50 bis 80 mm in Frage, insbesondere etwa 63 mm.
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I)k Sondcniefe des Wärmetauuchers wird ebenfalls auf den Wärmebedarf
abgestellt und beträgt vorzugsweise 30 bis 100 m und insbesondere etwa 50 m. In
einer Erdtiefe von etwa 30 bis 50 m beträgt die Erdtemperatur etwa 120C. Bei Rücklauftemperaturen
von etwa -1 0C können dann Vorlauftemperaturen von etwa 2 bis 3°C erzielt werden.
Weist das äussere Rohr 7 einen Durchmesser von etwa 63 mm auf, können mit 3 bis
4 Wärmetauschersonden etwa 150 m2 Wohnfläche beheizt werden.
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Der Keilring 14 weist vorzugsweise eine Höhe von 24 mm auf und ist
am oberen Ende 1 mm und am unteren Ende 4 mm dick. Vorzugsweise besteht dieser Keilring
aus Polyäthylen. Der Dichtri 14 besteht vorzugsweise aus weichem Polyäthylen und
weist eine Stärke von 1,5 bis 2 mm àuf.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Wärmetauschers liegt
darin, dass auch ein nachträglicher Einbau in bereits eingefriedete Grundstücke
ohne grössere Erdbewegungen möglich ist. Es muss lediglich mit herkömmlichen Bohrgeräten
ein Bohrloch entsprechender Tiefe eingebracht werden, in das dann der Wärmetauscher
abgesenkt wird. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass durch die natürliche Wärmekonvektion
der Flüssigkeit die Strömung unterstützt wird und somit nur eine relativ geringe
Pumpenleistung erforderlich ist.