EP1637825A2 - Zwischenwärmetauscher und Wärmepumpen und Kälteanlagen - Google Patents

Zwischenwärmetauscher und Wärmepumpen und Kälteanlagen Download PDF

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EP1637825A2
EP1637825A2 EP05450150A EP05450150A EP1637825A2 EP 1637825 A2 EP1637825 A2 EP 1637825A2 EP 05450150 A EP05450150 A EP 05450150A EP 05450150 A EP05450150 A EP 05450150A EP 1637825 A2 EP1637825 A2 EP 1637825A2
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EP
European Patent Office
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heat
heat exchanger
coupling
region
working medium
Prior art date
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Withdrawn
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EP05450150A
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English (en)
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EP1637825A3 (de
Inventor
Karl Mittermayr
Dominik Mittermayr
Klemens Mittermayr
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1637825A2 publication Critical patent/EP1637825A2/de
Publication of EP1637825A3 publication Critical patent/EP1637825A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

Definitions

  • the invention relates to an intermediate heat exchanger according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a heat pump or refrigeration system with at least one such intermediate heat exchanger and the use of an intermediate heat exchanger.
  • Intermediate heat exchangers in particular heat pump or refrigeration systems, which are coupled between the working medium circuit of a heat pump or refrigeration system and to a heat exchanger connected in a circuit of a heat transfer medium, are known.
  • Such intermediate heat exchangers have as heat exchange fluid brine or optionally with antifreeze water provided, wherein the heat exchange fluid is circulated and transfers heat between the coupled working fluid and the coupled heat transfer medium depending on the present temperature difference in one direction or in the other direction.
  • intermediate heat exchangers are particularly useful when the working medium circuit is to be safely separated from the circulation of the heat transfer medium to e.g. the entry of non-environmentally acceptable working medium, such as e.g. Freon or oils mixed with oils to avoid the circulation of the heat transfer medium, e.g. can be circulated groundwater.
  • non-environmentally acceptable working medium such as e.g. Freon or oils mixed with oils to avoid the circulation of the heat transfer medium, e.g. can be circulated groundwater.
  • heat transfer medium penetrate into the working medium circuit and damage or destroy the sensitive compressors.
  • an intermediate heat exchanger with which the above-mentioned disadvantages can be largely avoided, characterized by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.
  • a heat pump or refrigeration system according to the invention is characterized by the features of claim 14.
  • Carbon dioxide can easily enter into the working medium circuit of the heat pump or refrigeration system, without damaging the compressors or causing costly cleaning of the working medium circuit. If CO 2 enters the circulation of the heat transfer medium, it will not damaged or CO 2 is not classified as harmful to the environment. In addition, CO 2 has best heat transfer properties, which can be optimally used, in particular, when the features of claim 2 are realized.
  • the functional principle of heat pipes and thermosyphons is well known.
  • the features of claim 5 are realized. It is thus possible to supply heat to the condensed CO 2 present in liquid form in the lower region of the container from a heat source and to evaporate CO 2 ; this supplied heat can be dissipated with the heat transfer medium to a heat sink. In particular, the heat is removed from the condenser of the heat pump or refrigeration system.
  • a cooling circuit or a circuit with groundwater which acts as a heat source or conveys heat from the object to be cooled or from the groundwater, is connected to the evaporator of the heat pump or refrigeration system.
  • Refrigeration system is coupled for heat exchange to the overhead gas area of the CO 2 -Kreislaufes and subtracts heat there.
  • gaseous CO 2 faster condenses and enters the Ankoppel Scheme the heat transfer medium and absorbs heat from this while it drips into the underlying liquid region of CO 2 .
  • heat is supplied to the evaporator of the heat pump or refrigeration system which can be delivered to a heating circuit.
  • connection or heat exchangers through which the working medium of the heat pump or refrigeration plant or the heat transfer medium are conducted can have any shape and size.
  • a plurality of such heat exchangers are arranged parallel to one another in the respective heat exchange region in order to achieve the best possible heat transfer.
  • These Heat exchangers may be realized in the form of plates, pipes, coils or other heat exchangers having structure.
  • a tubular container having a substantially vertically aligned axis is divided into three superimposed areas, namely a central coupling region through which or in which the heat transfer medium is guided, wherein above the coupling region of the evaporation region of CO 2 to the evaporator side circuit for the working fluid and / or below the Ankoppel Hores the area with liquid CO 2 to which the condensate side circuit of the working medium of the heat pump od. Refrigeration system is coupled.
  • Such an intermediate coupling region exhibiting intermediate heat exchanger, in which below and above corresponding heat exchange areas for evaporator side or condenser side working media are formed, during operation of the heat pump od. Refrigeration as needed either to a condenser side provided heat exchanger of the working medium circuit or to a heat exchanger provided on the evaporator side be connected to the working medium circuit in order to provide appropriate heat or cooling power available.
  • This intermediate heat exchanger has an optimum efficiency and is easy to prepare and reliable. Particularly simple are the production and the construction of such an intermediate heat exchanger, if the features of claim 11 are met.
  • the coupling to the condenser-side or evaporator-side circuit of the coolant of the heat pump od.
  • Refrigeration system via the standing in intimate contact with the tubes casting or molding compounds which ensure excellent heat transfer.
  • each of the pipes filled with CO 2 fulfills the function principle of a heat-pipe, it is ensured that an optimum heat transfer between the heat exchange regions and the coupling region is present.
  • the individual pipes maintenance work easily accessible and in case of malfunction of a pipe, the remaining tubes can continue to perform their function, which is not possible with an integral container.
  • the features of claim 13 can be realized. Due to the forced circulation of CO 2 by means of a pump, the heat transfer between the working medium circuit and be optimized the circulation of the heat transfer medium. It is not necessary in this case, to form the container as a heat-pipe. It is sufficient to pump the liquid CO 2 through the Ankoppel Scheme for the heat transfer medium and to wait for the evaporated CO 2 drips after cooling, to pump it back into the circulation of the heat exchange fluid.
  • the circuit for the CO 2 is advantageously oriented vertically.
  • Fig. 1 shows schematically the Hämedium- or refrigerant circuit of a known heat pump od.
  • Refrigeration system. 2 schematically shows the evaporator-side working medium or refrigerant circuit of a heat pump or refrigeration system according to the invention with a switched intermediate heat exchanger according to the invention.
  • 3 to 5 show schematically the working medium circuit of a heat pump according to the invention od.
  • FIGS. 6, 7, 8 and 9 show embodiments of intermediate heat exchangers according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a heat pump or refrigeration plant 20 with a working medium or refrigerant circuit comprising a compressor 1, a condenser 2, an expansion valve 3 and an evaporator 4.
  • the condenser circuit 2 is connected to a heat exchanger 31 to a circuit 5 of a heat transfer medium, e.g. Water, coupled, with which a heating system can be supplied.
  • the evaporator or evaporator circuit 4 is coupled with a heat exchanger 30 to a circuit 6 of a heat transfer medium, e.g. to a groundwater reservoir, which emits heat to the evaporator 4 and the working medium.
  • Fig. 2 shows schematically an intermediate heat exchanger 7, as it can be generally switched for heat exchange between the circuits 4, 6 and / or 2, 5.
  • the heat transfer fluid of the intermediate heat exchanger 7 is circulated in this and circulates and transfers heat between the respective circuits 4 and 6, as shown schematically in Fig. 2.
  • another heat exchanger 7 transfers heat between the circuits 2 and 5.
  • the intermediate heat exchanger 7 is arranged in the evaporator circuit 4, to obtain only a coupling to the heat transfer medium of the heat source.
  • a heat absorption can take place from the groundwater.
  • an arrangement of the intermediate heat exchanger takes place in the condenser circuit 2 in order to obtain a coupling to the heat transfer medium of the heat sink.
  • heat can be released to a heating circuit.
  • the heat exchanger fluid in the intermediate heat exchanger 7 could be conveyed by means of a pump 8 in the circulation inevitably.
  • liquid CO 2 is conveyed by the pump 8, which is thereby brought into contact with the heat transfer medium in heat transfer contact and heated or vaporized.
  • the vaporized CO 2 then enters into contact with the evaporator circuit 4, releases heat therefrom, is thereby liquefied and returns to the area of the liquefied CO 2 .
  • a corresponding transport of the heat exchange fluid could also be due to Kapillar fürserInstitut, eg by arranging felt webs, the liquid CO 2 conduct.
  • the intermediate heat exchanger is in the form of an upright heat exchanger 7, and the in its upper region has at the bottom of the CO 2 -Flüssig Kunststoff the gaseous portion of the CO 2.
  • Fig. 3 shows schematically an embodiment of a heat pump od.
  • the heat exchange between the evaporator-side working medium circuit 4 and the heat exchanger 4 and the circuit 6 of the heat transfer medium of the heat source or of the heat exchanger 5 which flows through it takes place via the thermosiphon or heat pipe 7, which is advantageously arranged vertically in the position of use it is also possible, horizontal or inclined arranged heat-pipes or other forms of heat-pipes, for example, by capillary action, the CO 2 transporting or back conductive heat-pipes to use;
  • a thermosyphon or a vertical heat pipe have been the main reinforcement.
  • FIG. 4 shows an embodiment of an intermediate heat exchanger or a heat pump or refrigeration system 20, in which the condenser circuit 2 is coupled to the circuit 5 of a heat transfer medium of the heat sink via a thermosiphon or a heat pipe 7.
  • the upper region 10 of the heat pipe 7 heat is taken from the gaseous CO 2 from the heat transfer medium of the circuit 5 and the CO 2 is condensed.
  • the CO 2 leaks from the upper portion 10 in the lower region from and represents a further evaporation available.
  • the circulation of CO 2 is carried out by the different weight of liquid CO 2 and gaseous CO 2 or by capillary action.
  • the envisaged intermediate heat exchanger 7 physically or mechanically separates the heat exchanger sections or circuits 4 and 6 or 2 and 5 so that the working medium of the heat pump or refrigeration system is certainly not in contact with the heat transfer medium of the heat source or heat sink or of heating or heating Cooling circuits passes.
  • the heat-pipe 7 is dimensioned accordingly or made long, so that there is a sufficient distance. In any case, it is avoided that the circuits 2 or 5 and 4 or 6 are formed in the same heat exchanger or that these heat exchangers are closely coupled with each other, so that a mixing of working fluid and heat exchange fluid in case of damage is avoided with certainty.
  • FIG. 5 shows a preferred embodiment of a heat pump or refrigeration system in which the working medium circuit is connected to corresponding heat exchangers of the circuits or heat exchangers 5 and 6 for a heat transfer medium both on the compressor side and on the evaporator side via a heat pipe 7 which heat taken from the compressor side or heat can be supplied to the evaporator side.
  • the intermediate heat exchanger is formed by a heat pipe, which comprises a container 11 with a lower region 9 for liquid CO 2 and an upper region 10 for gaseous CO 2 , which regions 9, 10, in particular into the bottom and top end portions of this in use upright or vertical standing container 11 are formed.
  • the upper region of the container 11 is provided with connections 13 which are connected to the evaporator-side circuit 4 of the heat pump or refrigeration system 20 and in the heat exchange region 34 pass the evaporator-side working medium through the upper region 10 of the container 11 over a number of turns 14.
  • a heat exchange region 36 for the heat transfer medium is below this heat exchanger 14 a heat exchange region 36 for the heat transfer medium.
  • the circuit 6 of the heat exchange medium comprises a heat exchanger with a number of vertically arranged tubes 15 extending between two perforated plates 16. Intermediate plates 17 allow a cascade-like passage for the heat transfer medium, with which the located in the lower region 9 liquid CO 2 or possibly condensing CO 2 is heated.
  • the container 11 constitutes a heat pipe 7, in which in the heat exchanger region 34 and the coupling region 36, a corresponding heat application of the or a corresponding heat removal from the CO 2 takes place. Due to the large number of existing tubes 15 there is a good heat transfer between the CO 2 and the heat transfer medium, which is supplied and discharged via the terminals 18.
  • Fig. 7 shows an intermediate heat exchanger in the form of a heat pipe 7, which essentially corresponds to an upside down intermediate heat exchanger according to FIG. 6.
  • the connections 13 are now connected to the heat pump or cooling system 20 on the condenser side, and the CO 2 which is located in the lower region 9 is caused to evaporate due to the relatively heat-generating refrigerant of the heat pump or refrigeration system 20 in this case.
  • the heat transfer medium supplied via the connections 18 heat is withdrawn from the evaporated CO 2 , so that it condenses again.
  • the trained by a heat exchanger 6 Ankoppel Scheme 36 to the functioning as a heat-pipe container 11 is above the heat exchange region 32 and the windings 14 of this condenser side of the heat pump od. Refrigeration 20 connected heat exchanger.
  • the tubes 15 of the heat exchanger in the coupling region 36 are advantageously parallel and end with perforated plates 16.
  • the heat transfer medium advantageously water
  • the intermediate heat exchangers according to FIG. 6 and FIG. 7 have the same structure;
  • the coupling region 36 is at coupling to the evaporator circuit of the heat pump od.Kältestrom below the terminals or below the heat exchanger connected to the evaporator circuit and when connected to a condenser circuit of a heat pump od.Kältestrom above the terminals or the condenser side heat exchanger ,
  • Fig. 8 shows an embodiment of an intermediate heat exchanger in the form of a heat pipe 7, which is formed by the container 11.
  • the coupling region 36 of the heat transfer medium is below windings 14 of the heat exchanger of the heat exchange region 34 (heat source), which is connected to the evaporator side circuit of the heat pump od.
  • Refrigeration system 20 below the Ankoppel Symposiumes 36 is the heat exchange region 32 (heat sink) whose turns 14 and Heat exchangers with the terminals 13 on the compressor side to the working medium circuit of the heat pump od.
  • Refrigeration system 20 are connected.
  • a coupling of the working medium in the heat exchange region 34 or in the heat exchange region 32 to the coupling region 36 can now take place.
  • FIG. 9 shows an embodiment of an intermediate heat exchanger, in which a plurality of closed, elongated tubes 25 are arranged side by side, in particular parallel to one another. These tubes are filled with CO 2 . The pressure of the CO 2 is about 40 to 80 bar.
  • These pipes 25 are in their upper as a heat exchange region 34 (heat sink coupling) acting area pressed or potted with a molding compound or molding compound 19, in which molding or casting compound 19 lines or windings 14 of at least one heat exchanger are included, which the heat exchange function for exert the evaporator-side working medium circuit of the heat pump od. Refrigeration system 20 in the heat exchange region 34.
  • the pressing or casting compounds are good heat-conducting, so that the heat exchange between the tubes 25 and the flowed through by the working medium lines or heat exchangers can be done well.
  • the Ankoppel Scheme 36 for coupling the heat transfer medium.
  • the coupling region 36 can also be formed or filled with casting or molding compounds 19 and heat exchangers and lines for the heat transfer medium contained therein. Up and down to the casting or molding compounds are limited by end surfaces 29. It is also possible to pour out or forget the heat exchanger areas 32, 34 and the coupling area 36 and all lines, pipes and heat exchangers 14 located therein, together with the tubes 25 with pouring masses 19.
  • the coupling region 36 is bounded by two perforated plates 16, between which the heat transfer medium is passed.
  • the coupling region is formed in the present case similar to the coupling region 36 as described in connection with FIGS. 6 and 7, ie the heat transfer medium flows around the tubes 25.
  • Each one of the tubes 25 constitutes a heat-pipe 7; in the lower or lowermost region of each tube 25 is the area 9 with liquefied CO 2 ; in the upper or uppermost region of each tube 25 is the area 10 with gaseous CO 2 .
  • the tubes 25 may be placed in a container 21 which is for protective purposes only, but is not part of the heat pipes formed by each individual tube 25.
  • a erfindugnsdorfen intermediate heat exchanger For the heat exchange between a circuit in which are performed as fluid or Schadfluid wastewater, radioactive fluid, oil or oil-containing fluids, bath water and a cycle of Nutzfluid, in the groundwater, utility or service water or recirculation water provided is performed. This is a safe separation of environmentally harmful fluid and usable fluid, in particular for heat recovery or heat dissipation from the harmful fluid, achieved.
  • This use of an intermediate heat exchanger according to the invention can be carried out as an alternative to the special use of the intermediate heat exchanger in heat pump or refrigeration systems.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zwischenwärmetauscher (7), insbesonders für eine Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), der zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) zur Ankopplung an einen Arbeitsmediumkreislauf, insbesondere der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) und zumindest einen Ankoppelbereich (36) für einen Wärmeträgermediumkreislauf aufweist, um Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium zu übertragen, wobei zur Wärmeübertragung zwischen dem jeweiligen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) im Zwischenwärmetauscher (7) ein Wärmetauscherfluid zirkuliert oder im Kreislauf geführt ist, wobei das Wärmetauscherfluid CO 2 ist, das zwischen dem zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) entweder selbstzirkulierend im ungezwungenen Umlauf oder gepumpt im Zwangsumlauf geführt ist (Fig. 2).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zwischenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Wärmepumpen- oder Kälteanlage mit zumindest einem derartigen Zwischenwärmetauscher sowie die Verwendung eines Zwischenwärmetauschers.
  • Zwischenwärmetauscher insbesondere Wärmepumpen- od. Kälteanlagen, die zwischen dem Arbeitsmediumkreislauf einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage und an einen in einen Kreislauf eines Wärmeträgermediums eingeschalteten Wärmetauscher angekoppelt sind, sind bekannt. Derartige Zwischenwärmetauscher weisen als Wärmetauscherfluid Sole oder gegebenenfalls mit Gefrierschutzmittel versehenes Wasser auf, wobei das Wärmetauscherfluid im Kreislauf geführt ist und zwischen dem angekoppelten Arbeitsmedium und dem angekoppelten Wärmeträgermedium je nach der vorliegenden Temperaturdifferenz Wärme in die eine Richtung oder in die andere Richtung überträgt.
  • Der Einsatz derartiger Zwischenwärmetauscher ist vor allem dann zweckmäßig, wenn der Arbeitsmediumkreislauf vom Kreislauf des Wärmeträgermediums sicher getrennt werden soll, um z.B. das Eintreten von nicht umweltverträglichem Arbeitsmedium, wie z.B. Freon oder mit Ölen vermischten Kältemitteln, in den Kreislauf des Wärmeträgermediums zu vermeiden, das z.B. im Kreislauf geführtes Grundwasser sein kann. Des weiteren kann bei einem direkten Kontakt zwischen dem Arbeitsmediumkreislauf und dem Kreislauf des Wärmeträgermediums, z.B. aufgrund einer Beschädigung des Wärmetauschers aufgrund mechanischer Belastung oder Korrosion des Materials des Wärmetauschers, Wärmeträgermedium in den Arbeitsmediumkreislauf eindringen und die empfindlichen Kompressoren beschädigen bzw. zerstören.
  • Schließlich sind die für Zwischenwärmetauscher eingesetzten Fluide bezüglich ihrer Kapazität zum Wärmeaustausch nicht optimal bzw. zeigen einen begrenzten Wirkungsgrad.
  • Erfindungsgemäß ist ein Zwischenwärmetauscher, mit dem die vorangehend angeführten Nachteile weitgehend vermieden werden können, durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale charakterisiert. Eine erfindungsgemäße Wärmepumpen- od. Kälteanlage ist durch die Merkmale des Anspruches 14 charakterisiert.
  • Kohlendioxid kann ohne weiteres in den Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage eintreten, ohne dass dadurch Beschädigungen der Kompressoren eintreten bzw. eine aufwendige Reinigung des Arbeitsmediumkreislaufes erforderlich wird. Tritt CO2 in den Kreislauf des Wärmeträgermediums ein, so wird dieser nicht beschädigt bzw. ist CO2 nicht als umweltschädlich einzustufen. Darüber hinaus besitzt CO2 beste Wärmeträgereigenschaften, die insbesondere dann optimal eingesetzt werden können, wenn die Merkmale des Anspruches 2 verwirklicht sind. Das Funktionsprinzip von Heat-pipes und Thermosiphonen ist bekannt.
  • Sofern die Merkmale des Anspruches 3 verwirklicht sind, so ist keine externe Energiezufuhr erforderlich, um das CO2 zwischen dem Ankoppelbereich des Wärmetauschermediums bzw. -fluids und dem Wärmetauschbereich des Arbeitsmediumkreislaufes der Wärmepumpen- od. Kälteanlage im Kreis zu führen. Die durch das Verdampfen bzw. Kondensieren von CO2 dem Wärmetausch zur Verfügung stehenden Enthalpien werden dann vorteilhaft genutzt, wenn die Merkmale des Anspruches 4 verwirklicht werden. Im unteren Bereich des Behälters liegt flüssiges CO2 vor, das zum Verdampfen bereit ist und im Behälter nach oben steigt; im oberen Bereich des Behälters wird dem gasförmigen CO2 Wärme entzogen und dieses kondensiert und fällt in Form von Tröpfchen in den Flüssigbereich zurück. Es liegt ein Kreislauf von verdampfendem und kondensierendem CO2 vor.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Merkmale des Patentanspruches 5 verwirklicht. Es ist damit möglich, dem kondensierten, in flüssiger Form im unteren Bereich des Behälters vorliegenden CO2 von einer Wärmequelle Wärme zuzuführen und CO2 zu verdampfen; diese zugeführte Wärme kann mit dem Wärmeträgermedium zu einer Wärmesenke abgeleitet werden. Insbesondere wird vom Kondensator der Wärmepumpen- oder Kälteanlage die Wärme abgezogen. An den Verdampfer der Wärmepumpen- od. Kälteanlage ist in diesem Fall ein Kühlkreislauf oder ein Kreislauf mit Grundwasser angeschlossen werden, der als Wärmequelle fungiert bzw. vom zu kühlenden Objekt bzw. vom Grundwasser Wärme heranfördert.
  • Es ist aber auch möglich, dass der Verdampfer der Wärmepumpen- od. Kälteanlage zum Wärmetausch an den obenliegenden Gasbereich des CO2-Kreislaufes angekoppelt ist und dort Wärme abzieht. In diesem Fall kondensiert dort befindliches gasförmiges CO2 schneller und tritt in den Ankoppelbereich des Wärmeträgermediums und nimmt von diesem Wärme auf, während es in den untenliegenden Flüssigbereich des CO2 abtropft. Auf diese Weise wird dem Verdampfer der Wärmepumpen- od. Kälteanlage Wärme zugeführt, die an einen Heizkreislauf abgegeben werden kann.
  • Die Ausbildung der Anschlüsse bzw. Wärmetauscher durch die das Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage bzw. das Wärmeträgermedium geleitet werden, können beliebige Form und Größe besitzen. Vorteilhafterweise sind mehrere derartige Wärmetauscher im jeweiligen Wärmetauschbereich parallel zueinander angeordnet, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu erreichen. Diese Wärmetauscher können in Form von Platten, Rohren, Windungen oder anderen Aufbau aufweisenden Wärmetauschern verwirklicht werden.
  • Von Vorteil sind die Merkmale des Anspruches 7, da damit ein guter Wärmeübergang und eine gute Trennung des CO2 vom Wärmeträgermedium, mit dem das CO2 in Wärmeaustausch steht, erreicht werden.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruches 9 wird ein rohrförmiger Behälter mit einer im wesentlichen vertikal ausgerichteten Achse in drei übereinander liegende Bereiche unterteilt, und zwar einen mittleren Ankopplungsbereich, durch den bzw. in dem das Wärmeträgermedium geführt ist, wobei oberhalb des Ankopplungsbereiches der Verdampfungsbereich des CO2 an den verdampferseitigen Kreislauf für das Arbeitsmedium und/oder unterhalb des Ankoppelbereiches der Bereich mit flüssigem CO2, an den der kondensatseitigen Kreislauf des Arbeitsmediums der Wärmepumpen- od. Kälteanlage angekoppelt ist.
  • Ein derartiger, einen mittleren Ankopplungsbereich aufweisender Zwischenwärmetauscher, bei dem unterhalb und oberhalb entsprechende Wärmetauschbereiche für verdampferseitiges oder kondensatorseitiges Arbeitsmedien ausgebildet sind, kann im Betrieb der Wärmepumpen- od. Kälteanlage je nach Bedarf entweder an einen kondensatorseitig vorgesehenen Wärmetauscher des Arbeitsmediumkreislaufes oder an einen verdampferseitig vorgesehenen Wärmetauscher des Arbeitsmediumkreislaufes angeschlossen werden, um somit entsprechende Wärme- oder Kühlleistungen zur Verfügung stellen zu können.
  • Von besonderem Vorteil ist ein Zwischenwärmetauscher gemäß Anspruch 10. Dieser Zwischenwärmetauscher besitzt einen optimalen Wirkungsgrad und ist einfach herstellbar und betriebssicher. Besonders einfach sind die Herstellung und der Aufbau eines derartigen Zwischenwärmetauschers, wenn die Merkmale des Anspruches 11 erfüllt sind. Die Ankopplung an den kondensatorseitigen oder verdampferseitigen Kreislauf des Kühlmittels der Wärmepumpen- od. Kälteanlage erfolgt über die in innigen Kontakte mit den Rohren stehenden Gieß- oder Pressmassen, die einen hervorragenden Wärmeübergang gewährleisten. Da jedes der mit CO2 gefüllten Rohre das Funktionsprinzip einer Heat-pipe erfüllt, ist gewährleistet, dass eine optimale Wärmeübertragung zwischen den Wärmetauschbereichen und dem Ankoppelbereich vorliegt. Darüberhinaus sind die einzelnen Rohre Wartungsarbeiten einfach zugänglich und bei Funktionsstörung eines Rohres können die übrigen Rohre ihre Funktion weiter ausführen, was bei einem integralen Behälter nicht möglich ist.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform des Zwischenwärmetauschers können die Merkmale des Anspruches 13 verwirklicht sein. Durch den Zwangsumlauf des CO2 mittels einer Pumpe kann die Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmediumkreislauf und dem Kreislauf des Wärmeträgermediums optimiert werden. Es ist in diesem Fall auch nicht unbedingt erforderlich, den Behälter als Heat-pipe auszubilden. Es genügt, das flüssige CO2 durch den Ankoppelbereich für das Wärmeträgermedium zu pumpen und abzuwarten, dass das verdampfte CO2 nach seiner Abkühlung abtropft, um es wieder in den Kreislauf des Wärmetauscherfluids einzupumpen.
  • Auch bei dieser Ausführungsform ist der Kreislauf für das CO2 vorteilhafterweise vertikal ausgerichtet.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt schematisch den Arbeitsmedium- bzw. Kältemittelkreislauf einer an sich bekannten Wärmepumpen- od. Kälteanlage. Fig. 2 zeigt schematisch den verdampferseitigen Arbeitsmedium- bzw. Kältemittelkreislauf einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit einem eingeschalteten erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauscher. Fig. 3 bis 5 zeigen schematisch den Arbeitsmediumkreislauf einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauschern. Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauschern.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 mit einem Arbeitsmedium- bzw. Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor 1, einen Kondensator 2, ein Expansionsventil 3 und einen Verdampfer 4 umfasst. Der Kondensator bzw. Kondensatorkreislauf 2 ist mit einem Wärmetauscher 31 an einen Kreislauf 5 eines Wärmeträgermediums, z.B. Wasser, angekoppelt, mit dem eine Heizungsanlage versorgt werden kann. Der Verdampfer bzw. Verdampferkreislauf 4 ist mit einem Wärmetauscher 30 an einen Kreislauf 6 eines Wärmeträgermediums angekoppelt, z.B. an ein Grundwasserreservoir, das an den Verdampfer 4 bzw. das Arbeitsmedium Wärme abgibt.
  • Fig. 2 zeigt schematisch einen Zwischenwärmetauscher 7, wie er zum Wärmeaustausch allgemein zwischen die Kreisläufe 4, 6 und/oder 2, 5 eingesschaltet werden kann. Das Wärmeträgerfluid des Zwischenwärmetauschers 7 wird in diesem im Kreislauf geführt bzw. zirkuliert und überträgt Wärme zwischen den jeweiligen Kreisläufen 4 und 6, so wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. In gleicher Weise überträgt ein weiterer Wärmetauscher 7 Wärme zwischen den Kreisläufen 2 und 5. Bei Kälteanlagen wird der Zwischenwärmetauscher 7 im Verdampferkreislauf 4 angeordnet, nur eine Ankopplung an das Wärmeträgermedium der Wärmequelle zu erhalten. Wie in Fig. 3 angedeutet, kann eine Wärmeaufnahme aus dem Grundwasser erfolgen. Bei einem Einsatz für Heizanlagen erfolgt eine Anordnung des Zwischenwärmetauschers im Kondensatorkreislauf 2, um eine Ankopplung an das Wärmeträgermedium der Wärmesenke zu erhalten. Wie in Fig. 4 angedeutet, kann eine Wärmeabgabe an einen Heizkreislauf erfolgen.
  • Prinzipiell könnte das Wärmetauscherfluid im Zwischenwärmetauscher 7 mittels einer Pumpe 8 im Kreislauf zwangsläufig gefördert werden. Vorteilhafterweise wird dabei von der Pumpe 8 flüssiges CO2 gefördert, das dadurch in Kontakt mit dem Wärmeträgermedium in Wärmeübertragungskontakt gebracht und erwärmt bzw. verdampft wird. Das verdampfte CO2 tritt sodann in Kontakt mit dem Verdampferkreislauf 4, gibt an diesen Wärme ab, wird dadurch verflüssigt und gelangt wieder in den Bereich des verflüssigten CO2.
  • Ein entsprechender Transport des Wärmetauscherfluids könnte auch aufgrund von Kapillarwirkungserfolgen, z.B. durch Anordnung von Filzbahnen, die flüssiges CO2 leiten.
  • Vorteilhafterweise ist der Zwischenwärmetauscher 7 in Form eines aufrecht stehenden Wärmetauschers ausgebildet, der im unteren Bereich den CO2-Flüssigbereich und in seinem oberen Bereich den gasförmigen Bereich des CO2 aufweist.
  • Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 mit einem Zwischenwärmetauscher 7, der als Thermosiphon oder Heat-pipe ausgebildet ist. Der Wärmetausch zwischen dem verdampferseitigen Arbeitsmediumkreislauf 4 bzw. dem Wärmetauscher 4 und dem Kreislauf 6 des Wärmeträgermediums der Wärmequelle bzw. des von diesem durchflossenen Wärmetauschers 6 erfolgt über den(die) in Gebrauchslage vorteilhafterweise vertikal angeordnete(n) Thermosiphon oder Heat-pipe 7. Prinzipiell ist es auch möglich, liegende oder geneigt angeordnete Heat-pipes oder auch andere Formen von Heat-pipes, z.B. mittels Kapillarwirkung das CO2 transportierende bzw. rückleitende Heat-pipes, einzusetzen; in der Praxis haben sich vor allem ein Thermosiphon bzw. eine vertikal stehende Heat-pipe bewehrt.
  • Im unteren Bereich 9 der Heat-pipe 7 befindet sich im Betrieb flüssiges CO2; im oberen Bereich 10 der Heat-pipe 7 befindet sich im Betrieb gasförmiges CO2. Sofern durch entsprechende Wärmezufuhr durch das Wärmeträgermedium des Kreislaufes 6 das im unteren Bereich 9 befindliche CO2 im Ankoppelbereich 36 erwärmt wird, verdampft dieses und steigt auf und gerät im Wärmetauschbereich 34 in Kontakt mit dem Wärmetauscher des Kreislaufes 4, der vom verdampferseitigen Arbeitsmedium des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 durchströmt wird. Das Arbeitsmedium entzieht dem Wärmetauscherfluid, d.h. dem CO2, Wärme, dass dieses kondensiert und in den unteren Bereich 9 abtropft.
  • Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Zwischenwärmetauschers bzw. einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20, bei der der Kondensatorkreislauf 2 an den Kreislauf 5 eines Wärmeträgermediums der Wärmesenke über einen Thermosiphon bzw. eine Heat-pipe 7 angekoppelt ist. Das im unteren Bereich 9 der Heat-pipe 7 befindliche flüssige CO2 wird im Wärmetauschbereich 32 erwärmt und verdampft; im oberen Bereich 10 der Heat-pipe 7 wird dem gasförmigen CO2 vom Wärmeträgermedium des Kreislaufes 5 Wärme entnommen und das CO2 kondensiert. Das CO2 tropft aus dem oberen Bereich 10 in den unteren Bereich ab und steht für eine weitere Verdampfung zur Verfügung. Im Falle des Einsatzes eines Thermosiphons oder einer Heat-pipe 7 erfolgt der Umlauf des CO2 durch das unterschiedliche Gewicht von flüssigem CO2 und gasförmigem CO2 oder durch Kapillarwirkung.
  • Der vorgesehenen Zwischenwärmetauscher 7 trennt physikalisch bzw. mechanisch die Wärmetauscherabschnitte bzw. Kreisläufe 4 und 6 bzw. 2 und 5, sodass das Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit Sicherheit nicht in Kontakt mit dem Wärmeträgermedium der Wärmequelle oder Wärmesenke bzw. von Heiz- bzw. Kühlkreisläufen gelangt.
  • Die Heat-pipe 7 wird entsprechend dimensioniert bzw. lang ausgestaltet, so dass ein ausreichender Abstand vorliegt. Auf jedem Fall wird vermieden, dass die Kreisläufe 2 bzw. 5 und 4 bzw. 6 in ein und demselben Wärmetauscher ausgebildet sind bzw. dass diese Wärmetauscher eng miteinander gekoppelt sind, sodass eine Vermischung von Arbeitsmedium und Wärmetauscherfluid im Schadensfall mit Sicherheit vermieden wird.
  • Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage, bei der Arbeitsmediumkreislauf sowohl kompressorseitig als auch verdampferseitig der Arbeitsmediumkreislauf jeweils über Zwischenschaltung einer Heat-pipe 7 an entsprechende Wärmetauscher der Kreisläufe bzw. Wärmetauscher 5 und 6 für ein Wärmeträgermedium angeschlossen sind, mit denen kompressorseitig Wärme entnommen bzw. verdampferseitig Wärme zugeführt werden kann.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird der Zwischenwärmetauscher von einer Heat-pipe gebildet, die einen Behälter 11 mit einem unteren Bereich 9 für flüssiges CO2 und einen oberen Bereich 10 für gasförmiges CO2 umfasst, welche Bereiche 9, 10, insbesondere in den untersten und obersten Endbereichen dieses in Gebrauch aufrecht bzw. vertikal stehenden Behälters 11 ausgebildet sind. Der obere Bereich des Behälters 11 ist mit Anschlüssen 13 versehen, die an den verdampferseitigen Kreislauf 4 der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen sind und im Wärmetauschbereich 34 das verdampferseitige Arbeitsmedium über eine Anzahl von Windungen 14 durch den oberen Bereich 10 des Behälters 11 hindurchführen. Unterhalb dieses Wärmetauschers 14 befindet sich ein Wärmetauschbereich 36 für das Wärmeträgermedium. Der Kreislauf 6 des Wärmetauschmediums umfasst einen Wärmetauscher mit einer Anzahl von vertikal angeordneten Rohren 15, die zwischen zwei Lochplatten 16 verlaufen. Zwischenplatten 17 ermöglichen einen kaskadenartigen Durchtritt für das Wärmeträgermedium, mit dem das im unteren Bereich 9 befindliche flüssige CO2 bzw. allenfalls kondensierendes CO2 erwärmt wird. Der Behälter 11 stellt eine Heat-pipe 7 dar, in der in dem Wärmetauscherbereich 34 und dem Ankoppelbereich 36 eine entsprechende Wärmebeaufschlagung des oder eine entsprechende Wärmeabfuhr vom CO2 erfolgt. Durch die Vielzahl der vorhandenen Rohre 15 besteht ein guter Wärmeübergang zwischen dem CO2 und dem Wärmeträgermedium, das über die Anschlüsse 18 zu- und abgeleitet wird.
  • Fig. 7 zeigt einen Zwischenwärmetauscher in Form einer Heat-pipe 7, der im wesentlichen einen auf den Kopf gestellten Zwischenwärmetauscher gemäß Fig. 6 entspricht. Allerdings sind die Anschlüsse 13 nunmehr kondensatorseitig an die Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen und durch das in diesem Fall relativ wärmere Kältemittel der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 wird das im unteren Bereich 9 befindliche CO2 zum Verdampfen gebracht. Mit dem über die Anschlüsse 18 zugeführten Wärmeträgermedium wird dem verdampften CO2 Wärme entzogen, sodass dieses wieder kondensiert. Der durch einen Wärmetauscher 6 ausgebildete Ankoppelbereich 36 an den als Heat-pipe funktionierenden Behälter 11 liegt oberhalb des Wärmetauschbereiches 32 bzw. der Windungen 14 dieses kondensatorseitig an die Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen Wärmetauschers.
  • In derartigen Behältern 11 wird ein Druck von etwa 60 bis 100 bar aufrechterhalten, bei einer Temperatur von 40 bis 50°. In diesem Bereich besitzt eine Heat-pipe für CO2 einen für die vorliegenden Zwecke bestens geeigneten Wirkungsgrad.
  • Die Rohre 15 des Wärmetauschers im Ankopplungsbereich 36 liegen vorteilhafterweise parallel und enden mit Lochplatten 16. Damit wird ein stabiler, einfach herzustellender Baukörper erstellt, in dem das Wärmeträgermedium, vorteilhafterweise Wasser, zirkuliert, während durch die Rohre das CO2 im Umlauf bzw. im Gegenstrom zirkuliert.
  • Im wesentlichen sind die Zwischenwärmetauscher gemäß Fig. 6 und Fig. 7 gleich aufgebaut; im Gebrauch befindet sich der Ankoppelbereich 36 bei Ankopplung an den Verdampferkreislauf der Wärmepumpen- od.Kälteanlage unterhalb der Anschlüsse bzw. unterhalb des an den Verdampferkreislauf angeschlossenen Wärmetauschers und bei Anschluss an einen Kondensatorkreis einer Wärmepumpen- od.Kälteanlage oberhalb der Anschlüsse bzw. des kondensatorseitigen Wärmetauschers.
  • Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Zwischenwärmetauschers in Form einer Heat-pipe 7, die von dem Behälter 11 gebildet wird. Der Ankoppelbereich 36 des Wärmeträgermediums liegt unterhalb von Windungen 14 des Wärmetauschers des Wärmetauschbereiches 34 (Wärmequelle), der an den verdampferseitigen Kreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen ist. Unterhalb des Ankoppelbereiches 36 befindet sich der Wärmetauschbereich 32 (Wärmesenke), dessen Windungen 14 bzw. Wärmetauscher mit den Anschlüssen 13 kompressorseitig an den Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen sind. Je nach Bedarf bzw. Einsatzzweck der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 kann nunmehr eine Ankopplung des Arbeitsmedium im Wärmetauschbereich 34 oder im Wärmetauschbereich 32 an den Ankoppelbereich 36 erfolgen.
  • Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines Zwischenwärmetauschers, bei der eine Mehrzahl von abgeschlossenen, langgestreckten Rohren 25 nebeneinander, insbesondere paralell zueinander angeordnet sind. Diese Rohre sind mit CO2 gefüllt. Der Druck des CO2 beträgt etwa 40 bis 80 bar. Diese Rohre 25 sind in ihrem oberen als Wärmetauschbereich 34 (Wärmesenkenankopplung) fungierenden Bereich mit einer Pressmasse oder Gießmasse 19 verpresst bzw. vergossen, in welcher Press- bzw. Gießmasse 19 Leitungen bzw. Windungen 14 von zumindest einem Wärmetauscher enthalten sind, welche die Wärmetauschfunktion für den verdampferseitigen Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 im Wärmetauschbereich 34 ausüben.
  • Im unteren Teil der Rohre 25 werden diese in einem Wärmetauschbereich (Wärmequellenankopplung) 32 von Press- oder Gießmassen 19 umschlossen, welche Press- bzw. Gießmassen 19 die entsprechenden Leitungen bzw. Windungen 14 von zumindest einem Wärmetauscher zum Wärmetausch mit kondensatorseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 enthalten.
  • Die Press- bzw. Gießmassen sind gut wärmeleitend, sodass der Wärmeaustausch zwischen den Rohren 25 und den vom Arbeitsmedium durchströmten Leitungen bzw. Wärmetauschern gut erfolgen kann. Im mittleren Bereich der zusammengefassten Rohre 25 befindet sich der Ankoppelbereich 36 zum Ankoppeln des Wärmeträgermediums. An sich kann auch der Ankoppelbereich 36 mit Gieß- bzw. Pressmassen 19 und in diesen enthaltenen Wärmetauschern und Leitungen für das Wärmeträgermedium ausgebildet bzw. gefüllt werden. Nach oben und unten zu sind die Gieß- bzw. Pressmassen durch Endflächen 29 begrenzt. Es ist auch möglich, die Wärmetauscherbereiche 32, 34 und den Ankoppelbereich 36 und alle darin befindlichen Leitungen, Rohre und Wärmetauscher 14, gemeinsam mit den Rohren 25 mit Gieß- bzw. Pressmassen 19 zu ergießen oder vergessen.
  • Im dargestellten Fall ist jedoch der Ankoppelbereich 36 durch zwei Lochplatten 16 begrenzt, zwischen denen das Wärmeträgermedium durchgeleitet wird. Der Ankoppelbereich ist im vorliegenden Fall ähnlich dem Ankoppelbereich 36 wie er im Zusammenhang mit Fig. 6 und 7 beschrieben wurde, ausgebildet, d.h. das Wärmeträgermedium umspült die Rohre 25.
  • Jedes einzelne der Rohre 25 stellt eine Heat-pipe 7 dar; im unteren bzw. untersten Bereich jedes Rohres 25 befindet sich der Bereich 9 mit verflüssigtem CO2; im oberen bzw. obersten Bereich jedes Rohres 25 befindet sich der Bereich 10 mit gasförmigem CO2.
  • Es ist durchaus möglich, derartige mit Gieß- oder Pressmassen zusammengefasste Rohre 25 mit einem Ankoppelbereich 36 und nur jeweils einem entweder oberhalb oder unterhalb davon angeordneten Wärmetauschbereich 32 bzw. 34 auszubilden, sodass Zwischenwärmetauscher ausgebildet werden, die ähnlich den in Fig. 6 und 7 dargestellten Zwischenwärmetauschern sind.
  • Die Rohre 25 können in einem Behälter 21 angeordnet werden, der lediglich zu Schutzzwecken vorhanden ist, nicht jedoch Teil der Heat-pipes ist, die von jedem einzelnen Rohr 25 ausgebildet sind.
  • Erfindungsgemäß vorgesehen und besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines erfindugnsgemäßen Zwischenwärmetauschers. Für den Wärmetausch zwischen einem Kreislauf, in dem als Fluid bzw. Schadfluid Abwasser, radioaktives Fluid, Öl bzw. ölhaltige Fluide, Badewässer geführt sind und einem Kreislauf von Nutzfluid, in dem Grundwasser, Nutz- oder Brauchwasser oder zur Rezirkulierung vorgesehenes Wasser geführt ist. Damit wird eine sichere Trennung von umweltschädlichem Fluid und nutzbarem Fluid, insbesondere zur Wärmerückgewinnung oder Wärmeableitung aus dem Schadfluid, erreicht. Dieser Verwendung eines erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauschers kann alternativ zu dem speziellen Einsatz des Zwischenwärmetauschers in Wärmepumpen- od. Kälteanlagen erfolgen.

Claims (11)

  1. Zwischenwärmetauscher (7), insbesonders für eine Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), der zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) zur Ankopplung an einen Arbeitsmediumkreislauf, insbesondere der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) und zumindest einen Ankoppelbereich (36) für einen Wärmeträgermediumkreislauf aufweist, um Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium zu übertragen, wobei zur Wärmeübertragung zwischen dem jeweiligen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) im Zwischenwärmetauscher (7) ein Wärmetauscherfluid zirkuliert oder im Kreislauf geführt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Wärmetauscherfluid CO2 ist, das zwischen dem zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) entweder selbstzirkulierend im ungezwungenen Umlauf oder gepumpt im Zwangsumlauf geführt ist.
  2. Zwischenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) mit dem Kreislauf für das CO2 in Form eines Thermosiphons oder eines Wärmerohres oder einer Heat-pipe ausgebildet ist und/oder
    - dass der Thermosiphon oder die Heat-pipe in Form zumindest eines in Gebrauchslage vertikal angeordneten Rohres (25) oder sich vertikal erstreckenden Behälters (11) vorliegen, in dem der Kreislauf des CO2 durch das unterschiedliche Gewicht von flüssigem und gasförmigem CO2, d.h. durch Gravitationskraft, aufrecht erhalten wird.
  3. Zwischenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) in Betriebsstellung in seinem unten oder zu unterst gelegenen Bereich (9) einen Kondensations- bzw. Flüssigbereich mit zum Verdampfen bereitstehenden CO2, insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, und in seinem oben oder zu oberst gelegenen Bereich (10) einen Verdampfungs- oder Gasaufnahmebereich mit zum Kondensieren bereitstehendem CO2 aufweist, wobei das CO2, insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, zwischen diesen Bereichen (9, 10) im Kreislauf oder Gegenstrom geführt ist.
  4. Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) einen Behälter (11) umfasst, der in einem in Gebrauchslage oben liegenden Wärmetauschbereich (34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, zumindest einen Anschluss (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung von Arbeitsmedium, insbesondere verdampferseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), und in einem darunter liegenden Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärequelle, Anschlüsse (18) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (15) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung des Wärmeträgermediums aufweist,
    oder dass der Behälter (11) in einem obenliegenden Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, Anschlüsse (18) und/oder zumindest einem Wärmetauscher (15) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung des Wärmeträgermediums und in einem darunter liegenden Wärmetauschbereich (32), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, Anschlüsse (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung von Arbeitsmedium, insbesondere kondensatorseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpe (20), aufweist,
    oder dass der Behälter (11) sowohl oberhalb als auch unterhalb des Ankoppelbereiches (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, in jeweils einem Wärmetauschbereich (32, 34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, Anschlüsse (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für Arbeitsmedium, insbesondere einerseits für verdampferseitiges Arbeitsmedium und anderseits für kondensatorseitiges Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), aufweist.
  5. Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (14) für das verdampferseitige und/oder kondensatorseitige Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) und/oder die Wärmetauscher (15) für das Wärmeträgermedium in Form von zumindest einer durch den Behälter (11) geführten oder in diesem befindlichen Leitung und/oder Windung und/oder Platte und/oder einem Rohr im Wärmetauschbereich (32, 34) und/oder Ankopplungsbereich (36) des Behälters (11) ausgebildet sind.
  6. Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Ankoppelbereich (36) des Behälter (11) eine Mehrzahl von Rohren (15) im Behälter (11) angeordnet sind, die in Gebrauchslage des Wärmetauschers (7) vertikal ausgerichtet und vom Wärmeträgermedium umspült sind und den unten liegenden Bereich (9) für flüssiges CO2 mit dem oben liegenden Bereich (10) für gasförmiges CO2 verbinden und/oder
    - dass die Anschlüsse (13) und/oder Wärmetauscher (14) für das verdampferseitiges oder kondensatorseitiges Arbeitsmedium der Wärmepumpen - od. Kälteanlage (20) oberhalb und/oder unterhalb der Rohre (15) in den Behälter (11) einmünden oder in diesem angeordnet sind und/oder
    - dass der Ankoppelbereich (36) des Wärmeträgermediums im Behälter (11) von einer oberen und einer unteren Lochplatte (16) begrenzt ist, deren Ausnehmungen von den Rohren (15) gas- und/oder flüssigkeitsdicht durchsetzt oder mit den Endbereichen der Rohre (15) gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden sind.
  7. Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) eine Mehrzahl von getrennten CO2-Kreisläufen in Form von in Gebrauchslage des Zwischenwärmetauschers (7) vertikal verlaufenden, abgeschlossenen und mit CO2 gefüllten Rohren (25) aufweist, die jeweils das Funktionsprinzip eines Thermosiphons oder einer Heat-pipe erfüllen,
    wobei jedes der Rohre (25) in einem oben liegenden Wärmetauschbereich (34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, mit zumindest einem Wärmetauscher(14) zur Beaufschlagung und/oder Ankopplung von verdampfungsseitigem Arbeitsmedium einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) kontaktiert ist und in einem darunter liegenden Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, Anschlüsse (18) und/oder zumindest ein Wärmetauscher (16, 26) vorgesehen sind für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit dem Wärmeträgermedium,
    oder wobei an jedes der Rohre (25) in einem Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, zumindest ein Wärmetauscher (15, 26) angekoppelt ist für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit Wärmeträgermedium und in einem darunter liegenden Wärmetauschbereich (32), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, Anschlüsse (13) und/oder zumindest ein Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit Arbeitsmedium, insbesondere kondensatorseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), angeordnet sind,
    oder wobei jedes der Rohre (25) sowohl oberhalb als auch unterhalb des Ankoppelbereiches (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, in einem Wärmetauschbereich (32, 34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, Anschlüsse (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit Arbeitsmedium, insbesondere mit kondensatorseitigem Arbeitsmedium oder verdampferseitigem Arbeitsmedium einer Wärmepumpen- oder Kälteanlage (20), aufweist, wobei gegebenenfalls die Rohre (25) zur Kontaktierung mit dem Arbeitsmedium und/oder dem Wärmeträgermedium im Ankoppelbereich (36) und/oder in zumindest einem Wärmetauschbereich (32, 34) in hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Gieß- oder Pressmassen eingegossen und/oder eingepresst sind, in welchen Gieß- oder Pressmassen als Wärmetauscher Leitungen (14) oder Rohre für das Arbeitsmedium und/oder das Wärmeträgermedium ausgebildet oder enthalten sind.
  8. Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11) rohrförmig ausgebildet und in Gebrauchslage die Achse des Rohres im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
  9. Zwischenwärmetauscher (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauschers (7) in Betriebsstellung in seinem unten oder zu unterst gelegenen Bereich (9) einen Kondensations- bzw. Flüssigbereich mit zum Verdampfen bereitstehendem CO2 und in seinem oben oder zu oberst gelegenen Bereich (10) einen Gasaufnahmeraum mit zum Kondensieren bereitstehendem CO2 aufweist und dass vorzugsweise im unteren oder untersten Bereich (9) des Zwischenwärmetauschers (7), insbesondere im Flüssigbereich des CO2, eine Pumpe (8) gelegen ist, mit der das CO2 vom unteren Bereich bis in den oberen Bereich (10) gefördert wird und dabei durch den Ankoppelbereich (36) und zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) geführt ist.
  10. Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit zumindest einem Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der mit zumindest einem Wärmetauschbereich (32, 34) an den Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) angekoppelt ist und mit zumindest einem Ankoppelbereich (36) an ein Wärmeträgermedium angekoppelt ist, um Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium zu übertragen, wobei vorteilhafterweise zur Wärmeübertragung zwischen dem Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) im Zwischenwärmetauscher (7) als Wärmetauscherfluid CO2 im Kreislauf geführt ist.
  11. Verwendung eines Zwischenwärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, für den Wärmetausch zwischen einem Arbeitskreislauf, in dem Arbeitsmedium, z.B. Abwasser, radioaktives Fluid, Öl bzw. ölhaltige Fluide, Badewässer, geführt ist und einem Wärmeträgermediumkreislauf, in dem ein Nutzfluid, z.B. Grundwasser, Nutz- oder Brauchwasser oder zur Rezirkulierung vorgesehenes Wasser, geführt ist.
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