DE3006380A1

DE3006380A1 - Doppelwaermetauscher fuer luft oder erdreich

Info

Publication number: DE3006380A1
Application number: DE19803006380
Authority: DE
Inventors: Max 7965 Ostrach Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-20
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1981-09-03

Description

Doppelwärmetauscher für Luft oder Erdreich
Die Erfindung betrifft einen Doppelwärmetauscher für Luft oder Erdreich mit einer rohrförmigen Hülle, in der mindestens ein Verdampferrohr aus Metall angeordnet ist, das mit einer Wärmepumpe verbunden ist. Bestehende Wärmepumpenanlagen entnehmen die Wärme aus der Umgebung durch im Kreislauf geführte Sole oder ein verdampfbares Kältemittel. Solekreisläufe haben den Nachteil, daß die Wärmeleitfähigkeit der Sole verhältnismäßig schlecht ist und daß ein zweimaliger Temperaturübergang, nämlich an der Wärmeentnahmestelle und an der Wärmeabgabestelle erforderlich ist, an denen jeweils ungünstige Wärmeübergangsverhältnisse herrschen. Solekreisläufe werden aus Kostengründen nur 1,5 bis 2 mutter der Erdoberfläche eingebracht, sodaß sie im Winter nur von unten Wärme aus dem Erdreich entziehen können, während die an sich wünschenswerte Einbautiefe von 3 bis 4 m bei der beispielsweise für eine Hausheizung erforderlichen großen Fläche zu teuer wäre. Ein solcher unmittelbar im Erdreich verlegter Solekreislauf ist nicht wartungsfreundlioh; wird der Kreislauf nach Jahren defekt, so läßt sich nicht einfach feststellen, wo der Fehler liegt, und es sind umfangreiche und kostspielige Reparaturarbeiten erforderlich. Ein weiterer Nachteil ist, daß ein Solekreislauf eine zusätzliche Pumpe und Energieaufwand für diese erfordert.
Diese Nachteile werden vermieden durch ebenfalls bekannte Kreisläufe von verdampfbaren Kältemitteln, bei denen zwar das Kältemittel selbst, meist eine organische Verbindung,-teurer ist, jedoch größere Temperaturdifferenzen des Kältemittels möglich sind und daher die Gesamtanlage kleiner und damit billiger gebaut werden kann. Außerdem erfordern derartige Kreisläufe keine zusätzliche Pumpe, da das Kältemittel automatisch vom Kompressor gefördert wird.
Aus der DE-OS 27 52 494 des Anmelders ist ein Betonwärmetauscher für Erdreich mit einer rohrförmigen Hülle, in der mindesten ein Verdampferrohr aus Metall angeordnet ist, das mit einer Wärmepumpe verbunden ist, bekannt. Dieser bekannte Wärmetauscher ist jedoch darin nachteilig, daß ein etwa durch Korrosion oder andere äußere Einwirkung auftretender Schaden an einem der im Beton eingebetteten Verdampferrohre nur schwer feststellbar und nur mit erheblichen Kosten behebbar ist.
Der Ereindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher dieser bekannten Bauart für verdampfbare Kältemittel so auszubilden, daß er bei einfacher und billiger Bauweise wartungsfreundlich ist und einen guten Wirkungsgrad hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Doppelwärmetauscher, der die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erBindungsgemäße Doppelwärmetauscher bietet den offensichtlichen Vorteil, daß die Verdampferrohre nach Absaugen des im Behälter enthaltenen Wassers ohne weiteres für Wartung und Reparaturen zugänglich sind.
Bei Verwendung des Doppelwärmetauschers für Luft kann der Behälter vorzugsweise aus Kunststoff und dadurch mit geringem Gewicht ausgebildet sein, sodas seine bIontage auch beispielsweise unter der Decke eines Viehstalles möglich ist. Bei dieser Ausbildung ist vorzugsweise die Länge des Behälters groß im Verhältnis zu seinem Durchmesser, um ein günstiges Verhältnis von äußerer Oberfläche des Doppelwärmetauschers zu seinem Rauminhalt und damit Gewicht zu erhalten. Das im Behälter enthaltene Wasser, in das das Verdampferrohr oder die Verdampferrohre eintauchen, wirkt als Wärmeübert:ragungs und Wärmespeichermittel, das den Wirkunjsgrad des Doppelwirmetauschers wesentlich verbessert.
Falls der erfindungsgemäße Doppelwärmetauscher in das Erdreich eingesetzt werden soll, besteht der Behälter vorzugsweise aus Beton, besondc-rs Schleuderbeton oder armiertem Beton. Der Behälter kann aus mehreren aneinanderstoßenden und dicht miteinander verbundenen rohrförmigen Teilen mit gleichem Innendurchmesser zusammengesetzt sein. Besonders kann sein Boden bereits vor dem Einbringen in das Erdreich vorhanden sein, oder der Behälter kann an Ort und Stelle aus dem Boden aus Beton und den daraufgesetzten aneinanderstoßenden und dicht miteinander verbundcnen rohrförmigen Teilen aufgebaut werden. Der Betonbehälter, in dessen Innenraum das Verdampfeirohr oder die Verdampferrohre eingesetzt sind, ist im übrigen mit Wasser gefüllt, das diese Rohre umgibt und das im Betrieb der Wärmepumpe so stark abgekühlt wird, daß es zu Eis gefriert. Das ist jedoch kein Nachteil sondern im Gegenteil ein Vorteil für den Wärmeübergang, da die Wärmeleitfähigkeit von Eis 2,1 W/mK gegenüber nur 0,57 W/mK von Wasser beträgt.
Das Entspannungsventil für jedes Verdampferrohr ist vorzugsweise in der Nähe und oberhalb des Wasserqpiegels im Behälter angeordnet. Die Zu- und Ableitungen für das Kältemittel führen oberhalb des Wasserspiegels aus dem Behälter nach außen. Der im oberen Teil des Behälters befindliche Luftraum ist nach oben durch einen Betondeckel abschließbar. Vorzugsweise ist der Betonbehälter in senkrechter Stellung so tief in das Erdreich eingelassen, daß die Oberseite des Betondeckels sich noch ca. 20 cm unterhalb der Erdoberfläche befindet. Die Länge eines solchen Betonbehälters, vom Wasserspiegel nach unten gemessen, beträgt etwa 4 m, sein Durchmesser beispielsweise etwa 0,8 m.
Der Wasserstand im Behälter wird vorzugsweise durch ein Wasserstandsmeßgerät ständig überwacht, um eine etwaige Undichtheit des Behälters rasch feststellen und beheben zu können. Als Wasserstandsmeßgerät kann ein übliches elektrisches, elektronisches oder elektromechanisches Wasserstandsmeßgerät dienen.
Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Doppelwärmetauschers aus Beton; Fig. 2 einen Querschnitt durch den Doppelwärmetauscher der Fig. 1 gemäß Linie A-A; Figi 3 schematisch einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßqn Doppelwärmetauschers für Luft; Fig. 4 schematisch eine Wärmepumpenanlage für eine Hausheizung mit drei erfindungsgemäßen Doppelwärmetauschern der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.
Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Doppelwärmetauscher weist einen offenen Behälter 1 aus Beton auf, der mit Wasser 2 als Wärmeübertragungs und Wärmespeichermittel gefüllt ist.
Im Behälter 1 und in das Wasser 2 eintauched ist ein Verdampferrohr 3 angeordnet, das über ein Entspannungsventil 4 mit der in dieser Figur nicht gezeigten Wärmpumpe verbunden ist. Der eigentliche Behälter 1 setzt sich oberhalb des Wasserspiegels in einem konisch verjüngten Teil fort, der durch einen Deckel 5 verschließbar ist. Das Entspannungsventil 4 ist in diesem oberen Behälterraum oberhalb des Wasserspiegels, jedoch in dessen Nähe angeordnet. Die Zu- und Ableitungen des Verdampferrohres sowie Zu- und Ableitungen für die Wasserfüllung und etwaige sonstige Steuerungsleitungen sind durch die Behälterwand in dem oberhalb des Wasserspiegels liegenden oberen Behälterteil geführt. Der Behälter kann beispielsweise aus Schleuderbeton oder armiertem Beton bestehen und aus Einzelteilen aufgebaut sein. Seine Höhe beträgt für übliche Verwendungsfälle etwa 4 m, von der Bodenkante bis zum Wasserspiegel gemessen, die Höhe oberhalb des Wasserspiegels beträgt etwa 1,5 bis 2 m. Der Innendurchmesser eines solchen Behälters beträgt beispielsweise etwa 80 cm. Der Behälter ist betriebsfertig bis oberhalb der Deckeloberkante in das Erdreich eingelassen.
Das Verdampferrohr 3 besteht vorzugsweise aus Metall, besonders Kupfer. Als verdampfbares Kältemittel dient insbesondere ein üblicherweise dafür verwendeter Fluorkohlenwasserstoff.
Zur dberwachung des Wasserstandes im Behälter 1 dient ein in das Wasser eintauchendes Wasserstandsmeßgerät 6 bekannter Bauart.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs A-A der Fig. 1 dieses erfindungsgemäßen Doppelwärmetauschers.
Fig. 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Doppelwärmetauschers zur Verwendung in Luft, besonders unter der Decke eines Raumes, vor allem eines Viehstalles. In diesem Fall ist der Behälter 21 des leichteren Gewichtes wegen aus Kunststoff ausgebildet. Er kann in bekannter Weise aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. In diesem Behälter 21 sind wie im Fall der ersten Ausführungsform ein oder mehrere Verdampferrohre 3 angeordnet und über ein regelbares Entspannungsventil 4 mit der Wärmepumpe W verbunden.
Die Verdampferrohre 3 tauchen im Behälter 21 in Wasser 2. Der Wasserstand ist durch ein Wasserstandsmeßgerät 6 überwachbar.
Der Behälter 21 ist durch einen Deckel 22 verschließbar. Das Entspannungsventil 4 ist in diesem Fall außerhalb des Behälters 21 in der Nähe des Deckels 22 angeordnet. Das Wasser in diesem Behälter 21 wird im Betrieb an der Luft nicht so stark abgekühlt, daß sich Eis bildet, sodaß die mechanische Festigkeit von Kunststoff ausreicht und der Behälter al aus diesem hergestellt sein kann, wodurch auch alle Korrosionsprobleme entfallen.
Fig.4 zeigt schematisch eine Wärmepumpenanlage zur Heizung und gegebenenfalls Heißwasserbereitun.g für ein Haus, welche mehrere erfindungsgemäße Doppelwärmetauscher aufweist, von denen nur drei, die mit-10, 11 und 12 bezeichnet sind, gezeigt sind. Diese sind über Entspannungsventile 13 mit der Wärmepumpe W verbunden. Die Leitungen für das Kältemittel sind außerdem mit thermisch gesteuerten Ventilen 14 versehen, deren Funktion weiter unten erläutert wird.
Die Wärmepumpe W ist außerdem über ein Entspannungsventil 17 mit auf dem Dach des Gebäudes angebrachten Flachverdampfern 20 verbunden. Der Zutritt von Kältemittel zu diesen Flachverdampfern 20 ist außerdem durch ein von der Temperatur des Kältemittels am Entspannungsventil 17 gesteuertes Ventil 18 regelbar. Unterhalb des Entspannungsventils 17 ist in die zu diesem führende Kältemittelleitung ein Schauglas 19 eingebaut, welches die Beobachtung des Flüssigkeitsspiegels des Kältemittels ermöglicht. Die durch die Temperatur des abströmenden Kältemittels gesteuerten Ventile 14 und 18 bewirken mit zunehmend geringerer Temperatur des abströmenden Kältemitteldampfes eine Drosselung des Zustroms von Kältemittel zum entsprechenden Verdam«errohr, um die Leistung des Verdampfers zu regulieren. Die Wärmepumpe liefert nach Bedarf heißes Wasser für den Heizungsvorlauf und gegebenenfalls auch heißes. Wasser zum Verbrauch.
L e e r s e i t e

Claims

Doppelwärmetauscher für Luft oder Erdreich Patentansprüche 1. Doppelwärmetauscher für Luft oder Erdreich mit einer rohrförmigen Hülle, in der mindestens ein Verdampferrohr aus Metall angeordnet ist, das mit einer Wärmepumpe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle als ein offener Behälter (1, 21) ausgebildet ist, der mit Wasser (2) als Wärmeübertraguricss- und Wärmespeichermittel gefüllt ist, in dem das Verdampferrohr (3) oder die Verdampferrohre angeordnet sind.
2. Doppelwärmetauscher nach Anspruch 1 für Luft, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (21) aus Kunststoff besteht und einen im Verhältnis zur Länge geringen Durchmesser hat.
3. Doppelwärmetauscher nach Anspruch 1 für Erdreich, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) aus Beton besteht, mit einer abnehbaren Deckel (5) versehen und im wesentlichen vollständig von Endreich bedeckt ist.
4. Doppelwärmetauscher nach Anspruch der 3, dadurch gekennzeichnet, @ er Behälter (@@,21) au mehreren aneinanderstes-und ueinander verbunden @ Rohrförmigen Teile ner durchmesser zusam stzt ist.
5. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurcii gekennzeichnet, daß der Behälter (1) im Erdreich senkrechtstehend angeordnet ist.
6. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entspannungsventil (4) für jedes Verdampferrohr (3) in der Nähe und oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist.
7. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (1,21) ein in das Wasser eintauchendes Wasserstandsmeßgerät (6) angeordnet ist.