WO2015090972A1 - Geothermal energy-driven heat exchanger plate as a rail or point heating system - Google Patents

Geothermal energy-driven heat exchanger plate as a rail or point heating system Download PDF

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WO2015090972A1
WO2015090972A1 PCT/EP2014/076444 EP2014076444W WO2015090972A1 WO 2015090972 A1 WO2015090972 A1 WO 2015090972A1 EP 2014076444 W EP2014076444 W EP 2014076444W WO 2015090972 A1 WO2015090972 A1 WO 2015090972A1
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rail
heat exchanger
exchanger plate
point
geothermal probe
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PCT/EP2014/076444
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Inventor
Andreas Klenk
Thomas Siebrecht
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E01B7/24—Heating of switches
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B19/00—Protection of permanent way against development of dust or against the effect of wind, sun, frost, or corrosion; Means to reduce development of noise

Definitions

  • the present invention relates to a rail / point heater according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a rail or switch with such rail / point heater.
  • point heaters are used to prevent the switch from blocking ice and snow.
  • conventional, mainly electrical or gas-fired heating systems are used today.
  • such an electrically or gas-operated heating device is not only maintenance-intensive, but also relatively expensive to operate.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing a rail / point heater of the generic type an improved embodiment, which is particularly easy to maintain and inexpensive.
  • the present invention is based on the general idea to transfer a known from the domestic heating principle now for the first time to the heating of rails or points, so that a rail / point heater according to the invention has a geothermal probe and geothermal, the means by geothermal, can be heated.
  • geothermal heating of switches or rails is significantly better, especially from the point of view of operating costs and environmental compatibility, than previously known electric or gas-fired heating systems.
  • the rail / point heater according to the invention is designed such that it does not require a separate heat pump, so that it is not only in operation, but also in the construction and production significantly cheaper than previously known heating systems.
  • the heat exchanger plate comprises an upper cover layer, a lower cover layer and an intermediate layer arranged therebetween.
  • the upper cover layer, the lower cover layer and / or the intermediate layer are formed from sheet metal.
  • flow channels for both the rising vapor refrigerant and the liquid back-flowing refrigerant are present.
  • the flow channels can be used simultaneously in one direction by the rising vapor refrigerant and in the other direction by the liquid flowing back refrigerant. Due to the three-layer structure of the heat exchanger plate according to the invention, this can be structurally very simple, wherein the individual layers are preferably fluid-tightly soldered together.
  • the rail / point heater on a rail in heat-transmitting contact can be brought heat exchanger plate and connected thereto and penetrating into the ground geothermal probe.
  • At least one condensate and steam channel is arranged so that a refrigerant in the manner of a so-called heat pipe or a thermosyphon can circulate therein.
  • the refrigerant condenses in the heat exchanger plate by a heat transfer to the rail to be heated and is thereby liquefied and flows through the condensate and steam channel down into the geothermal probe. Due to the existing geothermal the liquefied condensate is now evaporated again and rises in the condensate and steam channel upwards back into the heat exchanger plate. Once there, there is a heat transfer to the rail and thus a liquefaction of the gaseous refrigerant, whereby a continuous and without external energy supply austiciandes heating system for heating the rail or the switch can be created.
  • the geothermal probe can also be designed in the manner of a thermosyphon, that is, a gravity-driven heat pipe, so that the refrigerant circulates exclusively due to gravity in the geothermal probe and in particular in the condensate and steam channel.
  • a thermosyphon that is, a gravity-driven heat pipe
  • the refrigerant or generally a heat transfer medium independently flows back from the heat exchanger plate due to gravity in the earth heat probe in which it evaporates again due to the existing geothermal energy and the condensate and steam channel up in the heat exchanger plate rises.
  • the refrigerant or generally the heat transfer medium condenses due to the heat transfer to the rail to be heated and flows liquid, e.g.
  • the heat exchanger plate is stepped and connected at the lowest point with the geothermal probe.
  • a drain or the inlet of the condensate and steam channel must be placed in the geothermal probe at the lowest point of the heat exchanger plate.
  • the step-shaped Formation of the heat exchanger plate according to the invention also allows a flat concern to be heated rail or switch, whereby heat transfer and thus heating of the rail or switch can be optimized.
  • the condensate and steam channel is centrally located in the geothermal probe and surrounded by a thin-walled tube.
  • the flowing back of the liquid heat transfer medium, such as the refrigerant then takes place on the inner wall of the tube of the condensate and steam channel, so that the geothermal probe is generally relatively simple.
  • the geothermal probe has an inserted into the intermediate layer and connected to the upper cover layer, in particular soldered, federal government.
  • an assembly of the geothermal probe is simplified to the heat exchanger plate and in particular targeted flow conditions of the refrigerant can be forced within the heat exchanger plate.
  • the collar on the geothermal probe makes it possible to solder both the intermediate layer and the upper cover layer flat, so that a firm and fluid-tight connection can be achieved.
  • FIG. 1 shows a rail / point heater according to the invention in the mounted state on a rail, in particular a switch,
  • FIG. 2 is a detailed view of a heat exchanger plate of the rail / point heater according to the invention with indicated internal channels,
  • Fig. 3 is a detail view of FIG. 2 to illustrate the connection of a geothermal probe to the heat exchanger plate.
  • a rail / point heater 3 according to the invention which has a geothermal probe 4 and can be heated by means of geothermal energy, is arranged on a rail 1 or a switch 2.
  • the rail / point heater 3 according to the invention has a heat exchanger 5 which can be brought into contact with the rail 1 or the switch 2 in the heat-transferring contact and which is shown in detail in FIGS. 2 and 3.
  • the geothermal probe 4 and the heat exchanger plate 5 is at least one condensate and steam Channel 6, so that a refrigerant or generally a heat transfer medium in the manner of a so-called heat pipe or a thermosyphon can circulate.
  • the heat exchanger plate 5 has an upper cover layer 8, a lower cover layer 9 and an intermediate layer 10 arranged therebetween.
  • the intermediate layer 10 defines the course of a multiplicity of flow channels 11, on whose inner walls the ascending, vaporous refrigerant condenses.
  • the intermediate layer 10 may for example be formed as a stamped part, wherein the side walls of the flow channels 1 1 are formed as recesses between tongue-like webs of the intermediate layer 10, ie that the side walls of the flow channels 1 1 are punched out of a solid material of the sheet of the liner 10.
  • the cover layers 8, 9 are connected to the intermediate layer 10, for example, soldered, the mutually facing surfaces of the cover layers 8, 9 together with the recesses of the intermediate layer 10, the flow channels 1 1.
  • the heat exchanger plate 5 may be formed stepwise according to the embodiments shown in Figures 1 and 2, wherein the step shape shown, for example, by the forming of the complete heat exchanger plate 5 can be produced, ie after the originally each flat and flat cover layers 8, 9 with the also originally flat and flat liner 10 are joined together.
  • the heat exchanger plate 5 is flexibly adaptable to the respective installation situation.
  • the heat exchanger plate 5 is connected to the geothermal probe 4 at the lowest point. This allows a backflow of the condensed refrigerant solely due to gravity, so that in particular can be dispensed with an expensive and energy-demanding heat pump.
  • the geothermal probe 4 has an inserted into the intermediate layer 10 and connected to the upper cover layer 8, in particular soldered, collar 12 (see Figure 3), which allows a reliable and fluid-tight connection between the geothermal probe 4 and the heat exchanger plate 5.
  • the ascending vapor refrigerant with broken arrows 13 and the liquid recirculating refrigerant with continuous arrows 14 are designated.
  • the heat exchanger plate 5 has a shape adapted to the rail 1 or switch 2, as can be seen from the left and right illustration in FIG Figure 1 is shown. Looking at FIG.
  • the heat exchanger plate 5 has an upwardly bent edge 15 in an upper region, by means of which a further enlarged, heat-transmitting contact with the rail 1 or switch 2 to be heated can be produced.
  • the rail / point heater 3 according to the invention can thus heat a switch without external power and technically extremely easy and maintenance-free.

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Abstract

The present invention relates to a rail/point heating system (3) which comprises a geothermal probe (4) and can be heated by geothermal energy. The rail/point heating system (3) comprises a heat exchanger plate (5) that can be brought in heat-exchanging contact with a rail (1) or point (2) and a geothermal probe (4) that is connected thereto and penetrates the soil. The heat exchanger plate (5) comprises an upper cover layer, a lower cover layer and an interposed intermediate layer. The invention allows an energy-saving reliable heating of the point.

Description

ERDWÄRMEBETRIEBENE WÄRMETAUSCHERPLATTE ALS  HEAT-PLATED HEAT EXCHANGER PLATE AS
SCHIENEN- BZW. WEICHENHEIZUNG  RAIL OR BZW. POINT HEATING
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schienen-/Weichenheizung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine Schiene oder eine Weiche mit einer derartigen Schienen-/Weichenheizung. The present invention relates to a rail / point heater according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a rail or switch with such rail / point heater.
Um die Funktionsfähigkeit von Weichen auch im Winter und unter niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen unter 0°C einwandfrei gewährleisten zu können, werden sogenannte Weichenheizungen eingesetzt, die ein Blockieren der Weiche durch Eis und Schnee verhindern sollen. Hierzu werden heutzutage konventionelle, hauptsächlich elektrische oder gasbefeuerte Heizsysteme eingesetzt. Eine derartige elektrisch oder mit Gas betriebene Heizeinrichtung ist jedoch nicht nur wartungsintensiv, sondern zudem auch vergleichsweise teuer im Betrieb. In order to be able to ensure the proper functioning of turnouts even in winter and under low temperatures, especially at temperatures below 0 ° C, so-called point heaters are used to prevent the switch from blocking ice and snow. For this purpose, conventional, mainly electrical or gas-fired heating systems are used today. However, such an electrically or gas-operated heating device is not only maintenance-intensive, but also relatively expensive to operate.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Schienen-/Weichenheizung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere wartungsfreundlich und kostengünstig ist. The present invention therefore deals with the problem of providing a rail / point heater of the generic type an improved embodiment, which is particularly easy to maintain and inexpensive.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein aus dem Hausbereich bekanntes Heizprinzip nunmehr erstmals auf die Beheizung von Schienen bzw. Weichen zu übertragen, so dass eine erfindungsgemäße Schie- nen-/Weichenheizung eine Erdwärmesonde aufweist und mittels Geothermie, das heißt mittels Erdwärme, beheizt werden kann. Eine derartige geothermische Beheizung von Weichen bzw. Schienen ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Betriebskosten und der Umweltverträglichkeit deutlich besser als bisher bekannte elektrische oder gasbetriebene Heizsysteme. Die erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung ist dabei derart ausgebildet, dass sie ohne separate Wärmepumpe auskommt, so dass sie nicht nur im Betrieb, sondern auch in der Konstruktion und Herstellung deutlich kostengünstiger ist als bisher bekannte Heizsysteme. Erfindungsgemäß umfasst die Wärmetauscherplatte eine obere Abdecklage, eine untere Abdecklage sowie eine dazwischen angeordnete Zwischenlage. Vorzugsweise sind dabei die obere Abdecklage, die untere Abdecklage und/oder die Zwischenlage aus Blech ausgebildet. In der Zwischenlage selbst sind Strömungskanäle sowohl für das aufsteigende dampfförmige Kältemittel als auch für das flüssige zurückströmende Kältemittel vorhanden. Die Strömungskanäle können dabei in der einen Richtung vom aufsteigenden dampfförmigen Kältemittel und in der anderen Richtung gleichzeitig vom flüssigen zurückströmenden Kältemittel genutzt werden. Durch den dreilagigen Aufbau der erfindungsgemäßen Wärmetauscherplatte kann diese konstruktiv sehr einfach aufgebaut werden, wobei die einzelnen Lagen vorzugsweise fluiddicht miteinander verlötet sind. Gleichfalls weist die Schienen-/Weichenheizung eine mit einer Schiene in wärmeübertragenden Kontakt bringbare Wärmetauscherplatte sowie die daran angeschlossene und in den Untergrund eindringende Erdwärmesonde auf. In der Erdwärmesonde und in der Wärmetauscherplatte ist zumindest ein Kondensat- und Dampfkanal angeordnet, so dass ein Kältemittel in der Art einer sogenannten Heatpipe bzw. eines Thermosiphons darin zirkulieren kann. Das Kältemittel kondensiert dabei in der Wärmetauscherplatte durch eine Wärmeabgabe an die zu beheizende Schiene und wird dadurch verflüssigt und fließt über den Kondensat- und Dampfkanal nach unten in die Erdwärmesonde. Aufgrund der vorhandenen Erdwärme wird nunmehr das verflüssigte Kondensat wieder verdampft und steigt im Kondensat- und Dampfkanal nach oben zurück in die Wärmetauscherplatte. Dort angelangt erfolgt wiederum eine Wärmeübertragung an die Schiene und damit ein Verflüssigen des gasförmigen Kältemittels, wodurch ein stetiges und ohne externe Energiezufuhr auskommendes Heizsystem zum Beheizen der Schiene bzw. der Weiche geschaffen werden kann. The present invention is based on the general idea to transfer a known from the domestic heating principle now for the first time to the heating of rails or points, so that a rail / point heater according to the invention has a geothermal probe and geothermal, the means by geothermal, can be heated. Such geothermal heating of switches or rails is significantly better, especially from the point of view of operating costs and environmental compatibility, than previously known electric or gas-fired heating systems. The rail / point heater according to the invention is designed such that it does not require a separate heat pump, so that it is not only in operation, but also in the construction and production significantly cheaper than previously known heating systems. According to the invention, the heat exchanger plate comprises an upper cover layer, a lower cover layer and an intermediate layer arranged therebetween. Preferably, the upper cover layer, the lower cover layer and / or the intermediate layer are formed from sheet metal. In the intermediate layer itself flow channels for both the rising vapor refrigerant and the liquid back-flowing refrigerant are present. The flow channels can be used simultaneously in one direction by the rising vapor refrigerant and in the other direction by the liquid flowing back refrigerant. Due to the three-layer structure of the heat exchanger plate according to the invention, this can be structurally very simple, wherein the individual layers are preferably fluid-tightly soldered together. Likewise, the rail / point heater on a rail in heat-transmitting contact can be brought heat exchanger plate and connected thereto and penetrating into the ground geothermal probe. In the geothermal probe and in the heat exchanger plate at least one condensate and steam channel is arranged so that a refrigerant in the manner of a so-called heat pipe or a thermosyphon can circulate therein. The refrigerant condenses in the heat exchanger plate by a heat transfer to the rail to be heated and is thereby liquefied and flows through the condensate and steam channel down into the geothermal probe. Due to the existing geothermal the liquefied condensate is now evaporated again and rises in the condensate and steam channel upwards back into the heat exchanger plate. Once there, there is a heat transfer to the rail and thus a liquefaction of the gaseous refrigerant, whereby a continuous and without external energy supply auskommendes heating system for heating the rail or the switch can be created.
Generell kann die Erdwärmesonde auch in der Art eines Thermosiphons, das heißt eines schwerkraftgetriebenen Wärmerohrs ausgebildet sein, so dass das Kältemittel ausschließlich aufgrund der Schwerkraft in der Erdwärmesonde und insbesondere in deren Kondensat- und Dampfkanal zirkuliert. Dringt die Erdwärmesonde nahezu senkrecht in das Erdreich ein, so fließt das Kältemittel oder generell ein Wärmeübertragungsmedium, selbstständig von der Wärmetauscherplatte aufgrund der Schwerkraft in die Erdewärmesonde zurück, in welcher es aufgrund der vorhandenen Erdwärme wieder verdampft und über den Kondensat- und Dampfkanal nach oben in die Wärmetauscherplatte aufsteigt. Dort kondensiert das Kältemittel bzw. generell das Wärmeübertragungsmedium aufgrund der Wärmeabgabe an die zu beheizende Schiene und strömt flüssig, z.B. entlang einer Innenwandung des Kondensat- und Dampfkanals, entgegen des aufsteigenden Dampfes zurück zur Erdwärmesonde. Eine derartig ausgebildete Erdwärmesonde funktioniert somit ausschließlich aufgrund der vorhandenen Temperaturunterschiede und damit ohne jegliche Energiezufuhr von außen, wodurch nicht nur die Betriebskosten sehr gering sind, sondern zusätzlich auch wesentliche Bauteile bisheriger Heizsysteme, wie beispielsweise elektrische Heizwendeln oder gasbetriebene Brenner, entfallen können. In general, the geothermal probe can also be designed in the manner of a thermosyphon, that is, a gravity-driven heat pipe, so that the refrigerant circulates exclusively due to gravity in the geothermal probe and in particular in the condensate and steam channel. Penetrates the geothermal probe almost vertically into the soil, the refrigerant or generally a heat transfer medium, independently flows back from the heat exchanger plate due to gravity in the earth heat probe in which it evaporates again due to the existing geothermal energy and the condensate and steam channel up in the heat exchanger plate rises. There, the refrigerant or generally the heat transfer medium condenses due to the heat transfer to the rail to be heated and flows liquid, e.g. along an inner wall of the condensate and steam channel, against the rising steam back to the geothermal probe. Such trained geothermal probe thus works exclusively due to the existing temperature differences and thus without any energy from the outside, which not only the operating costs are very low, but also essential components of previous heating systems, such as electric heating coils or gas burners can be omitted.
Zweckmäßig ist die Wärmetauscherplatte stufenförmig ausgebildet und an der tiefsten Stelle mit der Erdwärmesonde verbunden. Um ein problemloses Zurückfließen des flüssigen Kältemittels gewährleisten zu können, muss an der tiefsten Stelle der Wärmetauscherplatte ein Ablauf bzw. der Eingang des Kondensat- und Dampfkanals in die Erdwärmesonde angeordnet werden. Die stufenförmige Aus- bildung der erfindungsgemäßen Wärmetauscherplatte ermöglicht darüber hinaus ein flächiges Anliegen an die zu beheizende Schiene bzw. Weiche, wodurch eine Wärmeübertragung und damit ein Beheizen der Schiene bzw. Weiche optimiert werden kann. Suitably, the heat exchanger plate is stepped and connected at the lowest point with the geothermal probe. In order to ensure trouble-free backflow of the liquid refrigerant, a drain or the inlet of the condensate and steam channel must be placed in the geothermal probe at the lowest point of the heat exchanger plate. The step-shaped Formation of the heat exchanger plate according to the invention also allows a flat concern to be heated rail or switch, whereby heat transfer and thus heating of the rail or switch can be optimized.
Zweckmäßig ist der Kondensat- und Dampfkanal zentral in der Erdwärmesonde angeordnet und von einer dünnwandig ausgebildeten Röhre umgeben. Dies bietet den großen Vorteil, dass der Kondensat- und Dampfkanal großflächig mit dem ihn umgebenden Erdreich wärmeübertragend verbunden ist, wodurch ein zuverlässiges Verdampfen des Kältemittels bzw. generell des Wärmeübertragungsmediums, gewährleistet werden kann. Das Zurückfließen des flüssigen Wärmeübertragungsmittels, beispielsweise des Kältemittels erfolgt sodann an der Innenwandung der Röhre des Kondensat- und Dampfkanals, so dass die Erdwärmesonde generell vergleichsweise einfach aufgebaut ist. Suitably, the condensate and steam channel is centrally located in the geothermal probe and surrounded by a thin-walled tube. This offers the great advantage that the condensate and steam channel is connected over a large area with the soil surrounding it in a heat-transmitting manner, whereby a reliable evaporation of the refrigerant or generally of the heat transfer medium can be ensured. The flowing back of the liquid heat transfer medium, such as the refrigerant then takes place on the inner wall of the tube of the condensate and steam channel, so that the geothermal probe is generally relatively simple.
Zweckmäßig weist die Erdwärmesonde einen in die Zwischenlage eingelegten und mit der oberen Abdecklage verbundenen, insbesondere verlöteten, Bund auf. Hierdurch wird eine Montage der Erdwärmesonde an der Wärmetauscherplatte vereinfacht und insbesondere können gezielte Strömungsverhältnisse des Kältemittels innerhalb der Wärmetauscherplatte erzwungen werden. Der Bund an der Erdwärmesonde ermöglicht darüber hinaus ein flächiges Verlöten sowohl mit der Zwischenlage als auch mit der oberen Decklage, wodurch eine feste und flu- iddichte Verbindung geschaffen werden kann. Expediently, the geothermal probe has an inserted into the intermediate layer and connected to the upper cover layer, in particular soldered, federal government. As a result, an assembly of the geothermal probe is simplified to the heat exchanger plate and in particular targeted flow conditions of the refrigerant can be forced within the heat exchanger plate. In addition, the collar on the geothermal probe makes it possible to solder both the intermediate layer and the upper cover layer flat, so that a firm and fluid-tight connection can be achieved.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch, Show, in each case schematically,
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung im Anbauzustand an eine Schiene, insbesondere einer Weiche, 1 shows a rail / point heater according to the invention in the mounted state on a rail, in particular a switch,
Fig. 2 eine Detaildarstellung einer Wärmetauscherplatte der erfindungsgemäßen Schienen-/Weichenheizung mit angedeuteten innenliegenden Kanälen, 2 is a detailed view of a heat exchanger plate of the rail / point heater according to the invention with indicated internal channels,
Fig. 3 eine Detaildarstellung aus Fig. 2 zur Verdeutlichung der Anbindung einer Erdwärmesonde an die Wärmetauscherplatte. Fig. 3 is a detail view of FIG. 2 to illustrate the connection of a geothermal probe to the heat exchanger plate.
Entsprechend der Figur 1 ist an einer Schiene 1 bzw. einer Weiche 2 eine erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung 3 angeordnet, die eine Erdwärmesonde 4 aufweist und mittels Geothermie beheizbar ist. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung 3 eine mit der Schiene 1 bzw. der Weiche 2 im wärmeübertragenden Kontakt bringbare Wärmetauscherplatte 5, die gemäß den Figuren 2 und 3 detailliert dargestellt ist. In der Erdwärmesonde 4 und der Wärmetauscherplatte 5 ist dabei zumindest ein Kondensat- und Dampf- kanal 6 angeordnet, so das ein Kältemittel bzw. generell ein Wärmeübertragungsmedium in der Art einer sogenannten Heatpipe bzw. eines Thermosiphons zirkulieren kann. Betrachtet man insbesondere die Figur 3, so kann man erkennen, dass in der Erdwärmesonde 4 der Kondensat- und Dampfkanal 6 zentral angeordnet und von einer dünnwandig ausgebildeten Röhre 7 umgeben ist. Dies ermöglicht eine besonders hohe Wärmeübertragungsrate zwischen dem vergleichsweise warmen Erdreich und dem im Dampfkanal strömenden, gasförmigen Kältemittel. Das in der Wärmetauscherplatte 5 kondensierte Kältemittel fließt somit an der Innenwandung der Röhre 7 in die Erdwärmesonde 4 schwerkraftbedingt hinab, wobei es dann aufgrund der umgebenden Erdwärme verdampft, um anschließend im Kondensat- und Dampfkanal 6 wieder nach oben zu steigen und in die Wärmetauscherplatte 5 zu strömen. Dort angekommen erfolgt aufgrund der wärmeübertragenden Verbindung mit der Schiene 1 bzw. der Weiche 2 eine Abkühlung des Kältemittels bzw. des Wärmeübertragungsmediums, wodurch dieses wieder kondensiert und in flüssiger Form zurück über die Innenwandung der Röhre 7 des Kondensat- und Dampfkanals 6 in die Erdwärmesonde 4 fließt. According to FIG. 1, a rail / point heater 3 according to the invention, which has a geothermal probe 4 and can be heated by means of geothermal energy, is arranged on a rail 1 or a switch 2. In addition, the rail / point heater 3 according to the invention has a heat exchanger 5 which can be brought into contact with the rail 1 or the switch 2 in the heat-transferring contact and which is shown in detail in FIGS. 2 and 3. In the geothermal probe 4 and the heat exchanger plate 5 is at least one condensate and steam Channel 6, so that a refrigerant or generally a heat transfer medium in the manner of a so-called heat pipe or a thermosyphon can circulate. Looking in particular to Figure 3, it can be seen that in the geothermal probe 4 of the condensate and steam channel 6 is centrally located and surrounded by a thin-walled tube 7. This allows a particularly high heat transfer rate between the comparatively warm soil and the gaseous refrigerant flowing in the vapor channel. The condensed in the heat exchanger plate 5 refrigerant thus flows on the inner wall of the tube 7 in the geothermal probe 4 by gravity down, where it then evaporates due to the surrounding geothermal heat to rise in the condensate and steam channel 6 back up and into the heat exchanger plate 5 stream. There arrived due to the heat transferring connection with the rail 1 and the switch 2, a cooling of the refrigerant or the heat transfer medium, whereby this again condensed and in liquid form back over the inner wall of the tube 7 of the condensate and steam channel 6 in the geothermal probe. 4 flows.
Die Wärmetauscherplatte 5 besitzt dabei eine obere Abdecklage 8, eine untere Abdecklage 9 sowie eine dazwischen angeordnete Zwischenlage 10. Die Zwischenlage 10 definiert dabei den Verlauf einer Vielzahl von Strömungskanälen 1 1 , an deren Innenwandungen das aufsteigende, dampfförmige Kältemittel kondensiert. Die Zwischenlage 10 kann beispielsweise als Stanzteil ausgebildet sein, wobei die Seitenwandungen der Strömungskanäle 1 1 als Aussparungen zwischen zungenartig geformten Stegen der Zwischenlage 10 ausgebildet sind, d.h. dass die Seitenwandungen der Strömungskanäle 1 1 aus einem Vollmaterial des Blechs der Zwischenlage 10 herausgestanzt sind. Nachdem die Abdecklagen 8, 9 mit der Zwischenlage 10 verbunden, z.B. verlötet sind, bilden die einander zugewandten Flächen der Abdecklagen 8, 9 zusammen mit den Aussparungen der Zwischenlage 10 die Strömungskanäle 1 1 . Die Wärmetauscherplatte 5 kann dabei gemäß den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen stufenförmig ausgebildet sein, wobei die gezeigte Stufenform beispielsweise durch das Umformen der kompletten Wärmetauscherplatte 5 herstellbar ist, d.h. nachdem die ursprünglich jeweils flachen und ebenen Abdecklagen 8, 9 mit der ebenfalls ursprünglich flachen und ebenen Zwischenlage 10 zusammengefügt sind. Durch diese Umformbarkeit ist die Wärmetauscherplatte 5 flexibel an die jeweilige Einbausituation anpassbar. In this case, the heat exchanger plate 5 has an upper cover layer 8, a lower cover layer 9 and an intermediate layer 10 arranged therebetween. The intermediate layer 10 defines the course of a multiplicity of flow channels 11, on whose inner walls the ascending, vaporous refrigerant condenses. The intermediate layer 10 may for example be formed as a stamped part, wherein the side walls of the flow channels 1 1 are formed as recesses between tongue-like webs of the intermediate layer 10, ie that the side walls of the flow channels 1 1 are punched out of a solid material of the sheet of the liner 10. After the cover layers 8, 9 are connected to the intermediate layer 10, for example, soldered, the mutually facing surfaces of the cover layers 8, 9 together with the recesses of the intermediate layer 10, the flow channels 1 1. The heat exchanger plate 5 may be formed stepwise according to the embodiments shown in Figures 1 and 2, wherein the step shape shown, for example, by the forming of the complete heat exchanger plate 5 can be produced, ie after the originally each flat and flat cover layers 8, 9 with the also originally flat and flat liner 10 are joined together. By this formability, the heat exchanger plate 5 is flexibly adaptable to the respective installation situation.
Die Wärmetauscherplatte 5 ist an der tiefsten Stelle mit der Erdwärmesonde 4 verbunden. Dies ermöglicht ein Zurückfließen des kondensierten Kältemittels allein aufgrund der Schwerkraft, so dass insbesondere auf eine teuere und energieerfordernde Wärmepumpe verzichtet werden kann. The heat exchanger plate 5 is connected to the geothermal probe 4 at the lowest point. This allows a backflow of the condensed refrigerant solely due to gravity, so that in particular can be dispensed with an expensive and energy-demanding heat pump.
Die Erdwärmesonde 4 weist einen in die Zwischenlage 10 eingelegten und mit der oberen Abdecklage 8 verbundenen, insbesondere verlöteten, Bund 12 auf (vergleiche Figur 3), der eine zuverlässige und fluiddichte Verbindung zwischen der Erdwärmesonde 4 und der Wärmetauscherplatte 5 ermöglicht. In der Figur 3 ist dabei das aufsteigende dampfförmige Kältemittel mit unterbrochenen Pfeilen 13 und das flüssige zurückströmende Kältemittel mit durchgehenden Pfeilen 14 bezeichnet. Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung zwischen der Wärmetauscherplatte 5 und der zu beheizenden Schiene 1 bzw. Weiche 2 erreichen zu können, weist die Wärmetauscherplatte 5 eine an die Schiene 1 bzw. Weiche 2 angepasste Form auf, wie dies aus der linken und rechten Darstellung in der Figur 1 gezeigt ist. Betrachtet man die Figur 2, so kann man erkennen, dass die Wärmetauscherplatte 5 in einem oberen Bereich eine aufgebogene Kante 15 besitzt, mittels welcher ein nochmals vergrößerter, wärmeübertragender Kontakt mit der zu beheizenden Schiene 1 bzw. Weiche 2 hergestellt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Schienen-/Weichenheizung 3 lässt sich somit eine Weiche ohne externe Energiezufuhr und technisch äußerst einfach und wartungsfrei beheizen. The geothermal probe 4 has an inserted into the intermediate layer 10 and connected to the upper cover layer 8, in particular soldered, collar 12 (see Figure 3), which allows a reliable and fluid-tight connection between the geothermal probe 4 and the heat exchanger plate 5. In FIG. 3, the ascending vapor refrigerant with broken arrows 13 and the liquid recirculating refrigerant with continuous arrows 14 are designated. In order to be able to achieve the highest possible heat transfer between the heat exchanger plate 5 and the rail 1 or switch 2 to be heated, the heat exchanger plate 5 has a shape adapted to the rail 1 or switch 2, as can be seen from the left and right illustration in FIG Figure 1 is shown. Looking at FIG. 2, it can be seen that the heat exchanger plate 5 has an upwardly bent edge 15 in an upper region, by means of which a further enlarged, heat-transmitting contact with the rail 1 or switch 2 to be heated can be produced. With the rail / point heater 3 according to the invention can thus heat a switch without external power and technically extremely easy and maintenance-free.

Claims

Ansprüche claims
1 . Schienen-/Weichenheizung (3), welche eine Erdwärmesonde (4) aufweist und mittels Geothermie beheizbar ist, wobei die Schienen-/Weichenheizung (3) eine mit einer Schiene (1 ) oder Weiche (2) in wärmeübertragenden Kontakt bringbare Wärmetauscherplatte (5) und eine daran angeschlossenen und in den Untergrund eindringende Erdwärmesonde (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatte (5) eine obere Abdecklage (8), eine untere Abdecklage (9) sowie eine dazwischen angeordnete Zwischenlage (10) umfasst. 1 . Rail / point heater (3), which has a geothermal probe (4) and can be heated by geothermal energy, the rail / point heater (3) with a rail (1) or switch (2) can be brought into heat-transfer contact heat exchanger plate (5) and a geothermal probe (4) connected thereto and penetrating into the subsurface, characterized in that the heat exchanger plate (5) comprises an upper cover layer (8), a lower cover layer (9) and an intermediate layer (10) arranged therebetween.
2. Schienen-/Weichenheizung nach Anspruch 1 , 2. rail / point heater according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in der Erdwärmesonde (4) und der Wärmetauscherplatte (5) zumindest ein Kondensat- und Dampfkanal (6) angeordnet ist, so dass ein Wärmeübertragungsmedium, insbesondere ein Kältemittel, in der Art einer Heatpipe bzw. eines Thermosiphons zirkulieren kann. that in the geothermal probe (4) and the heat exchanger plate (5) at least one condensate and steam channel (6) is arranged, so that a heat transfer medium, in particular a refrigerant, can circulate in the manner of a heat pipe or a thermosyphon.
3. Schienen-/Weichenheizung nach Anspruch 1 oder 2, 3. rail / point heater according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die obere Abdecklage (8), die untere Abdecklage (9) und/oder die Zwischenlage (10) aus Blech ausgebildet sind. the upper cover layer (8), the lower cover layer (9) and / or the intermediate layer (10) are formed from sheet metal.
4. Schienen-/Weichenheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. rail / point heater according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (10) Strömungskanäle (1 1 ) für das Wärmeübertragungs- medium aufweist. characterized, the intermediate layer (10) has flow channels (1 1) for the heat transfer medium.
5. Schienen-/Weichenheizung nach Anspruch 4, 5. rail / point heater according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Seitenwandungen der Strömungskanäle (1 1 ) durch Aussparungen des Materials der Zwischenlage (10) gebildet sind. that side walls of the flow channels (1 1) are formed by recesses of the material of the intermediate layer (10).
6. Schienen-/Weichenheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. rail / point heater according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Wärmetauscherplatte (5) eben und flach ausgebildet ist und durch einen Umformvorhang in eine abweichende Form bringbar ist. that the heat exchanger plate (5) is flat and flat and can be brought by a Umformvorhang in a different shape.
7. Schienen-/Weichenheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. rail / point heater according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Wärmetauscherplatte (5) stufenförmig ausgebildet und an der tiefsten Stelle mit der Erdwärmesonde (4) verbunden ist. the heat exchanger plate (5) is of stepped design and connected at the lowest point to the geothermal probe (4).
8. Schienen-/Weichenheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. rail / point heater according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Erdwärmesonde (4) einen in die Zwischenlage (10) eingelegten und mit der oberen Abdecklage (8) verbundenen, insbesondere verlöteten, Bund (12) aufweist. that the geothermal probe (4) in the intermediate layer (10) inserted and with the upper cover layer (8) connected, in particular soldered, collar (12).
9. Schiene (1 ) oder Weiche (2) mit einer Schienen-/Weichenheizung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wärmetauscherplatte (5) eine an die Schiene/Weiche (1 , 2) angepasste Form aufweist und wärmeübertragend mit dieser verbunden ist. 9. rail (1) or switch (2) with a rail / point heater (3) according to one of claims 1 to 8, wherein the heat exchanger plate (5) has a to the rail / turnout (1, 2) adapted shape and heat transfer connected to this.
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