DE8125196U1

DE8125196U1 - HEAT EXCHANGER FOR A COOLING ARRANGEMENT

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Publication number: DE8125196U1
Application number: DE19818125196
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1984-10-31

Description

Wärmetauscher für eine Heiz- bzw. Kühlanordnung mit WärmepumpeHeat exchanger for a heating or cooling arrangement with a heat pump

Die Neuerung betrifft einen Wärmetauscher für eine Heiz- bzw. Kühlanordnung mit mindestens zwei geschlossenen Kreisläufen eines Arbeitsmediums, wobei der erste geschlossene Kreislauf durch eine Wärmepumpe, bestehend aus einem Kompressor, Kondensator, Expansionsventil und ff Verdampfer gebildet ist und der zweite geschlosseneThe innovation concerns a heat exchanger for a heating or cooling arrangement with at least two closed circuits of a working medium, the first closed Circuit through a heat pump, consisting of a compressor, condenser, expansion valve and ff evaporator is formed and the second closed

" 15 Kreislauf aus einer mit dem Verdampfer in Wärmeaustausch stehende, in einer Grube im Erdboden unterzubringende Rohrwendel gebildet ist, wobei die Achse der Rohrwendel mit der Achse der Grube zumindest annähernd fluchtet."15 circuit of one with the evaporator in heat exchange standing coiled tubing to be accommodated in a pit in the ground is formed, the axis of the Coiled tubing is at least approximately aligned with the axis of the pit.

Aus der CH-PS 59 350 ist eine Heizanordnung mit zwei geschlossenen Kreisläufen bekannt, bei der eine als Rohrwendel ausgebildete Rohrschlange in einer Grube des Erdbodens derart untergebracht ist, daß die Achse der Rohrwendel mit der Achse der Grube fluchtet. Hierbei ist für die Herstellung einer ausreichend tiefen Grube ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich und es ist sehr aufwendig, beim Verfüllen mit gut wärmeleitendem Material einen gleichmäßigen Abstand der einzelnen Rohrwendeln sicherzustellen. Da als Wärmeträger eine leicht verdampfbare Flüssigkeit wie Äthylchlorid oder schwefelige Säure dient, müssen darüberhinaus besondere Maßnahmen getroffen werden, um bei einem even-, tuellen Rohrbruch einen Übertritt dieser FlüssigkeitFrom CH-PS 59 350 is a heating arrangement with two closed circuits known, in which a coil formed as a coiled tube in a pit of the ground is housed in such a way that the axis of the coiled tubing is aligned with the axis of the pit. Here a relatively large amount of effort is required to create a sufficiently deep pit and it is very time-consuming, when filling with material that conducts heat well, an even distance between the individual parts Ensure coiled tubing. Since the heat transfer medium is an easily evaporable liquid such as ethyl chloride or sulphurous acid, special measures must also be taken to prevent If the pipe ruptures, this liquid will leak

in das Grundwasser zu verhindern.in the groundwater to prevent.

Nr 2 Ts / 29.05.1984No. 2 Ts / 05/29/1984

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Beim Einsatz einer Wärmepumpe unter Verwendung des Wärmepotentials der Erde werden in ausgeführten Anlagen Rohrleitungen in etwa 1,5 m Tiefe im Erdreich verlegt. Diese Verlegungsart beansprucht eine große Fläche und ist sehr aufwendig.When using a heat pump using the heat potential of the earth are implemented in systems Pipelines laid in the ground at a depth of around 1.5 m. This type of laying takes up a large area and is very complex.

Aus der DE-AS 24 29 748 ist eine Anlage mit Wärmepumpe bekannt, bei der in einem geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf ein Kompressor, ein Kondensator, eine Drossel und ein Verdampfer angeordnet ist. Dabei ist der Verdampfer ein U-förmig ausgebildetes Rohr, das in ein Haupterdloch über 9 m Tiefe in den Boden ragt. Es ist noch ein weiterer geschlossener Arbeitsmittelhilfskreislauf mit einem Hilfskompressor, Hilfskondensator und Hilfsverdampfer vorgesehen, wobei der Hilfsverdampfer ebenfalls ein U-förmiges Rohr aufweist, das in einem weiteren Hilfserdloch angeordnet ist» Der Hilfskondensator Desitzt ein U-förmiges Rohr, das im Haupterdloch parallel zum U-förmigen Verdampferrohr des Hauptkreislaufes angeordnet ist. Die Erdlöcher sind mit Frostschutzmittel gefüllt. Bei dieser bekannten Ausführung arbeiten mehrere Hilfswärmepumpen auf ein Arbeitsmedium im Haupterdloch, so daß dort praktisch keine Vereisung auftreten kann. Die Verwendung von Frostschutzmitteln im Erdloch erfordert auch hier avifwendige Vorkehrungen, um einen übertritt des Frostschutzmittels in das Grundwasser sicher zu verhindern.From DE-AS 24 29 748 a system with a heat pump is known in which in a closed working medium circuit a compressor, a condenser, a throttle and an evaporator is arranged. Here is the evaporator a U-shaped pipe that protrudes into a main earth hole over 9 m deep into the ground. It is yet another closed auxiliary working medium circuit with an auxiliary compressor, auxiliary capacitor and Auxiliary evaporator provided, the auxiliary evaporator also having a U-shaped tube that is in a another auxiliary earth hole is arranged »The auxiliary capacitor Has a U-shaped pipe that is parallel to the U-shaped evaporator pipe of the main circuit in the main earth hole is arranged. The holes in the ground are filled with antifreeze. In this known version several auxiliary heat pumps work on a working medium in the main earth hole, so that there is practically no icing can occur. The use of antifreeze in the ground also requires precautionary measures here, by an excess of the antifreeze in the groundwater to prevent safely.

Aus den VDI-Nachrichten, 30.11.1979 "Heizwärme senkrecht aus der Erde" ist es zwar bekannt, Wasser als Wärmeträger zu verwenden, doch dienen bei dieser Ausführung zwei ineinander angeordnete senkrechte Rohre als Wärmetauscher, die etwa 70 m tief in das Erdreich gebohrt v/erden. Hierzu ist es erforderlich, als äußeres Rohr ein SpezialStahlrohr zu verwenden. Diese Ausführung kannFrom the VDI-Nachrichten, November 30th, 1979 "Heating vertical from the earth "it is known to use water as a heat transfer medium, but two are used in this design Vertical pipes arranged one inside the other as heat exchangers, which are drilled about 70 m deep into the ground. For this it is necessary to use a special steel tube as the outer tube. This execution can

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ferner nur dort angewendet werden, wo Erdreich mit sehr großer Tiefe zur Verfügung steht.can also only be used where very deep soil is available.

Nach einer anderen Art wird bei der einen Wärmepumpenanlage die Rohrschlange in einem Hohlkörper (Behälter) aus Zement untergebracht (DE-OS 16 01 325).In another way, in one heat pump system, the pipe coil is placed in a hollow body (container) housed from cement (DE-OS 16 01 325).

Durch die Neuerung wird ein Wärmetauscher- geschaffen, der leicht zu transportieren ist und bei möglichst kleiner beanspruchter Fläche unä Tiefe einsetzbar ist, deren Anwendung also auch in einem bereits bepflanzten Grundstück mit in geringen Tiefen liegendem Felsgestein möglich ist_o Due to the innovation, a heat exchanger is provided which is easy to carry and can be used with the smallest possible surface stressed UNAE depth, their application is possible therefore also in an already planted property with lying at shallow depths rock _o

Neuerungsgemäß ist die Rohrwendel an einem zylindrischenAccording to the innovation, the coiled tubing is on a cylindrical

Durch die neuerungsgemäße Ausbildung wird bei kurzer Montagezeit mit einfachen Mitteln ein gleichmäßiger Abstand der einzelnen Rohrwendeln beim Einbau sichergestellt und dadurch eine gute Wärmezuleitung und ein hoher Wirkungsgrad bei kleiner beanspruchter Fläche und Tiefe erzielt. Das Bohrloch wird nach dem Einbringen der Rohrwendel wieder mit dem Aushub verfüllt, so daß bei einem standfesten, bohrbaren Boden auch bei größeren Tiefen keine Schalung oder Verrohrung erforderlich ist.Due to the innovation according to the training, a uniform distance is achieved with a short assembly time with simple means of the individual coiled tubing ensured during installation and thus good heat conduction and a high efficiency achieved with a small area and depth. The borehole is after the introduction of the Coiled tubing backfilled with the excavation, so that with a stable, drilled soil also with larger ones Depths no formwork or piping is required.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements are given in the subclaims.

In der Zeichnung ist die Neuerung dargestellt.The drawing shows the innovation.

einer als Bohrloch ausgebildeten Grube unterzubringen. to accommodate a pit designed as a borehole.

Gerüst aus einer Stahlgewebematte gehaltert, um die Rohrwendel in einer als Bohrloch ausgebildeten Grube unter- IFrame made of a steel mesh mat to hold the coiled tubing in a pit designed as a borehole

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Die Figur zeigt eine Anordnung, die wahlweise zur Heizung oder Kühlung eines Raumes, zur Warmwasserbereitung oder dergleichen dienen kann. Ein erster geschlossener Kreislauf eines Arbeitsmediums wird durch eine Wärmepumpe gebildet, die aus einem durch einen Elektromotor angetriebenen Kompressor 1, einem Kondensator 2, ein Expansionsventil 3 und einem Verdampfer 4 besteht. Ein zweiter geschlossener Kreislauf eines Arbeitsmediums, vorzugsweise Wasser, wird durch eine mit dem Verdampfer 4 in Wärmeaustausch stehende Rohrschlange gebildet.The figure shows an arrangement that can be used either for heating or cooling a room, for hot water preparation or the like can serve. A first closed circuit of a working medium is created by a heat pump formed, which consists of a compressor 1, a condenser 2, driven by an electric motor Expansion valve 3 and an evaporator 4 consists. A second closed cycle of a working medium, preferably water, is formed by a coil which is in heat exchange with the evaporator 4.

Diese Rohrschlange ist eine an einem Gerüst 6 gehalterte Rohrwendel, die in einem Bohrloch 7 des Erdbodens 8 untergebracht ist.This pipe coil is a coiled tubing that is held on a framework 6 and is inserted into a borehole 7 in the ground 8 is housed.

Eine Rohrwendel 5a ist innerhalb eines zylindrischen Gerüstes 6 aus einer Stahlgewebematte gehaltert. Diese Stahlgewebematte wird zu einem Korb mit etwa 0,8 m bis 1,5 m Durchmesser und einer Länge von 6 m verschweißt. Auch an der Außenseite des Korbes können Rohrwendeln 5b befestigt werden. Dabei können die beiden Rohrwendeln 5a, 5b eine einzige Rohrschlange in der Weise bilden, daß zwischen der Außenrohrschlange und der Innenrohrschlange eine Gegenströmung entsteht. Die Außenrohrschlange wird mit der Innenrohrschlange durch eine handelsübliche Muffe 12 verbunden.A coiled tubing 5a is held within a cylindrical frame 6 made of a steel mesh mat. These Steel mesh mat is welded to form a basket with a diameter of around 0.8 m to 1.5 m and a length of 6 m. Coiled tubing 5b can also be attached to the outside of the basket. The two coils can 5a, 5b form a single coil in such a way that that a countercurrent is created between the outer coil and the inner coil. The outer pipe coil is connected to the inner pipe coil by a commercially available sleeve 12.

Zweckmäßigerweise wird die an dem Korb gehalterte Rohrwendel in ein etwa 8 m tiefes Bohrloch eingebracht, das nach dem Einbringen wieder mit Erdreich verfüllt wird. 30The coiled tubing held on the cage is expediently inserted into an approximately 8 m deep borehole, which is backfilled with soil after it has been introduced. 30th

Je nach Bedarf können mehrere Rohrwendeln, die in mit Abstand angeordneten Bohrlöchern untergebracht sind, vorgesehen sein und mit einer gemeinsamen Wärmepumpe verbunden werden.Depending on requirements, several coiled tubing, which are housed in spaced-apart boreholes, be provided and connected to a common heat pump.

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Die Verbindungsleitungen 13 von der oder den Rohrwendeln zu einer in einem Gebäude 14 untergebrachten Wärmepumpe werden in einer frostsicheren Tiefe im Erdreich verlegt.The connecting lines 13 from the pipe coil or coils to a heat pump housed in a building 14 are laid in the ground at a frost-proof depth.

Mit dem Kondensator 2 der Wärmepumpe steht ein Verbraucher 10 oder mehrere in Wärmeaustausch. Das im Wärmepumpenkreislauf umlaufende Arbeitsmittel gibt im Kondensator 2 Wärme an den in den Rohrleitungen 10 zirkulierenden Wärmeträger ab und wird im Expansionsventil 3 entspannt. Im Verdampfer 4 wird dem in den Rohrwendeln 5a, 5b umgewälzten Wasser Wärme zum Verdampfen des Arbeitsmediums entzogen. Der gebildete Dampf wird im Kompressor 1 verdichtet, wobei die Tempe- ·<, ratur des Arbeitsmediums auf einen Wert ansteigt» der eine Wärmeabgabe an das Arbeitsmedium in den Leitungen 10 und damit an den Verbraucher 11 ermöglicht.A consumer 10 or more is in heat exchange with the condenser 2 of the heat pump. The im The working medium circulating in the heat pump circuit gives heat in the condenser 2 to the working medium in the pipelines 10 circulating heat transfer medium and is expanded in the expansion valve 3. In the evaporator 4 is in the Coiled tubing 5a, 5b circulated water heat for evaporation withdrawn from the working medium. The steam formed is compressed in the compressor 1, the temperature · <, The temperature of the working medium increases to a value »that allows heat to be given off to the working medium in the lines 10 and thus to the consumer 11.

Durch entsprechende Umschaltung des Kompressors 1 und Expansionsventils 3 in der Wärmepumpe läßt sich die An-Ordnung zum Kühlen verwenden, wobei dem Erdreich Wärme zugeführt wird.By appropriately switching the compressor 1 and expansion valve 3 in the heat pump, the order can be made use for cooling, adding heat to the ground.

1 Figur1 figure

5 Schutzansprüche5 claims for protection

Claims

- β - VPA 81 H 3134 EN Neue Seite 6 Protection claims

1. Heat exchanger for a heating or cooling arrangement with at least two closed circuits of a working medium, the first closed circuit through a heat pump, consisting of a compressor (1), condenser (2 "), expansion valve (3) and evaporator (4) is formed and the second closed circuit consists of a heat exchange with the evaporator (4), is formed in a pit in the ground to be accommodated coiled tubing, wherein the axis of the coiled tubing (5a; 5b) is at least approximately aligned with the axis of the group, characterized in that the Coiled tubing (5a; 5b) is held on a cylindrical frame (6) made of a steel mesh mat around the tubing coil to be accommodated in a pit designed as a borehole.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tube coil (5a; 5b) and their connecting lines (13) for receiving ⁵ are formed from water as the working medium.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized that the coiled tubing (5a) is held on the inside of the cylindrical frame (6).

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that that an additional coiled tubing (5b) is held on the outside of the cylindrical frame (6) is.

5 · 'Heat exchanger according to claim 4, characterized that the inside of the device (6) arranged coiled tubing (5a) with the outside arranged Coiled tubing (5b) are connected to form a coil.

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