DE7518268U

DE7518268U - Im Erdreich zu verlegender Wärmeaustauscher

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Publication number: DE7518268U
Application number: DE7518268U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1975-09-25

Description

Diving. E. BERKtNTELD · DIpI.-Ing. H. SERKENFELD, Patentanwälte, Köln

^ΑηΙα9β _c , . ...... Akienzeichen /\ _{r t u s} Feist, Be η s be r g - R e f r a t <

lur Eingebe vom b. JUill lä/D fiiy . Name d. Anm.

F 41/61 I m Erdreich ζu verlegender Wärmeaustaus eher

Die Erfindung betrifft einen im Erdreich zu verlegenden Wärmeaustauscher für das Betriebsmittel einer Wärmepumpenheizung.

Die für die Beheizung von Häusern herkömmlich verwendeten Primärenergieen wie Kohle, öl und Erdgas werden teurer und knapper. Ebenso stellt man immer höhere Anforderungen an ih/e Verbrennung. Irr, vorliegenden Zusammenhang reicht es aus, diese Anforderungen mit dem Stichwort Umweltschutz zu umschreiben.

Auf der Suche nach neuen füt· die Beheizung von Häusern anwendbaren billigen und umweltfreundlichen Energieen ist man auf die natürliche Erdwärme gestossen. Diese lässt sich mit dem physikalisch seit langem bekannten Prinzip der Wärmepumpe ausnutzen und zur Hausbeheizung heranziehen. Mit einer solchen Wärmepumpe wird die Erdwärme durch F^nbringen rr.echani scher Energie auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Vereinfacht gesprochen, handelt es sich um den von Eisschränken bekannten Kältemaschinen-Prozess, der jetzt in anderer Richtung durchlaufen wird. Bei diesem nun linksherum ablaufenden Kreisprozess wird der Verflüssiger der Wärmepumpe, in dem ein dampfförmiges Betriebsmittel unter Abgabe des grössten Teils der in ihm enthaltenen Wärme verflüssigt wird, als Wärmetauscher ausgebildet. Er gibt die aus dem Betriebsmittel herausgeholte Wärmeenergie an den Wärmeträger der Heizanlage ab.

Ein wesentlicher und den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildender Bestandteil einer Wärmepumpenheizung ist der im Erdboden zu verlegende Wärmeaustauscher. Dieser wird vom Betriebsmittel durchströmt uno so¹! dieses auf einem möglichst langen Weg mit uem Erdreich in Berührung bringen. Dabei nimmt es aus diesem Wärme auf.

J Bei den bisherigen Versuchen zur prakti sehen Verwirklichung einer

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Wärmepumpenheizung hat man als Wärmeaustauscher Rohreoder Schläuche, gegebenenfalls in hin- und hergehenden Schleifen, im Erdboden verlegt. Nach einer Faustregel muss man dabr^ zum Beheizen von 1 qm Fussbodenf1äche etwa 3 - 4 qm Erdboden belegen. Wegen der mit steigender Tiefe zunehmenden Bodentemperatur soll der Wärmeaustauscher möglichst tief verlegt werden. Der Wärmeaustauscher wird unter anderem in der für das Hausfundament ausgeschachteten Grube verlegt. Diese Grube, deren Fläche die Grundfläche des Hauses etwas übersteigt, hat jedoch auf keinen Fall eine die Fussbodenfläche um das Drei- bis Vierfache übersteigende Maß. Somit musste man den neben dem Haus gelegenen Garten oder Hof zum Belegen mit den Rohren od£ Schläuchen heranziehen. Dies treibt die Anlagekosten auf untragbare Höhen. Auch mit niedrigen Betriebskosten lassen sie sich kaum noch abtragen.

Hiervon ausgehend stellt sich für vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Wärmeaustauscher mit hoher Flächennutzung zu entwickeln. Unter Flächennutzung wird dabei das Verhältnis von Berührungsweg zwischen Erdboden und Betriebsmittel einerseits und auszuschachtende Bodenfläche andererseits verstanden. Als Lösung für diese Aufgabe hat sich nach der Erfindung eine Konstruktion herausgestellt, die gekennzeichnet ist durch zwei rechteckförmige, aufeinanderlieopnde und an ihren Längs- und Querränderr, miteinander verschweisste Kunststoffolien, einem Betriebsmitteleinlauf an einem und einem Betriebsmittelauslauf am anderen Längsende :jnd parallel zu den Querrändern unter gegensei tigern Abstand von Längsrand zu Längsrand verlaufende Abschweissungen zwischen den beiden Folien, die abwechselnd an dem einen oder anderen Längsrand beginnen und kurz vor dem jeweilig gegeriberllegenden Längsrand enden. Für das Betriebsmittel ergibt sich daraus ein mäanderförmiger Strömungsweg. Die Länge dieses Strömungsweges ist etwa gleich der Breite einer Folie multipliziert mit der Zahl der Abschwässungen. Diese Länge übersteigt diejenige Strecke um ein Wesentliches, die bei Belegung der gleichen Bodenfläche mit Rohren oder Schläuchen, auch bei hin- und hergehender Verlegung in Schleifenform, erreichbar ist. Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher bringt damit eine solch hohe Flächennutzung, dass das

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Belegen allein der Bodenfläche des Fundamentes für viele Anwendungsfälle ausreicht.

In einer zweckmässigen Ausgestaltung enden die Abschweissungen in einer ihrem gegenseitigen Abstand entsprechenden Entfernung vor dem jeweilig gegenüberliegenden Längsrand. Damit erhält der durch die Abschweissungen gebildete Strömungskanal auch an den Umkehrstellen gleichen Querschnitt. Dies vermeidet unnötige Strömungsverluste.

Statt der erläuterten Ausführurgsform mit dem Betriebsmitteleinlauf an einem und dem Betriebsmittelauslauf am anderen Längsende und parallel zu den Querrändern verlaufenden Abschweissungen sind auch andere Ausführungsformen möglich, bei denen das Entscheidende in der Streckung des Strömungsweges liegt. Bei einer solchen Ausführungsform sind der Betriebsmitteleinlauf und der Betriebsmittelauslauf am gleichen Längsende an den beiden Lsngsrändern angeordnet. Die Abschweissungen verlaufen nun parallel zu den Längsrändern von Querrand zu Querrand. Sie beginnen jeweils an einem und enden kurz vor dem gegenüberliegenden Längsrand.

Als ein nur zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung dienendes Zahlenbeispiel sei genannt, dass die Folien eine Länge von 10 und eine Breite von 2 m haben. Die Abschweissungen haben einen Abstand von etwa 3 cm. Der Druck des Betriebsmittels liegt bei etwa 1 atü. Damit erhält der Wärmeaustauscher trotz seines Aufbaus aus elastischen Folien eine hohe Steifheit. Diese ist so hoch, dass er ohne Gefährdung des Fundamentes in der Baugrube unter diesem verlegt werden kann.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1: eine vereinfachte Aufsicht auf eine Ausführungsform des Wärmeaustauschers,

Figur 2: in vergrössertem Maßstab ein Schnitt entlang der in

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-4-Figur 1 eingezeichneten Schnittlinie und

Figur 3; eine vereinfachte Aufsicht auf eine zweite Ausi Jhrungsform.

Der Wärmeaustauscher besteht aus der unteren Folie 12 und der oberen Folie 14. Diese sind an ihren beiden Längsrändern 16 und 18 und ihren beiden Querrändern 20 und 22 miteinander verschweisst Unter gegenseitigem Abstand verlaufen die Abschwaissungen 24 bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform quer über die Folitn. Zum Wärmeaustauscher gehören dann schliesslich noch der Betriebsmitteleinlauf 26 und der Betriebsmittelauslauf 28.

Dieser Wärmeaustauscher wird in einer beliebigen oder besser in einer wirtschaftlich noch erreichbaren Tiefe im Erdboden und insbesondere in der Baugrube verlegt, über dem Betriebsmitteleinlauf 26 und dem Betriebsmittelauslauf 28 wird er an den Primärkreislauf der Wärmepumpenheizung angeschlossen. Im Betrieb wird er durch das ihn mit Druck durchströmende Betriebsmittel auf seine in Figur 2 gezeigte Form aufgebläht. Damit erreicht er eine auch für hohe statische Anforderungen ausreichende Steifheit.

Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform sind der Bet iebsmitteleinlauf 26 und der Betriebsmittelauslauf 28 am gleichen Querrand 20 angeordnet. Die Abschweissungen 24 verlaufen nun parallel zu den Längsrändern 16 und 18. Der Strömungsweg wird wieder gestreckt. Die Pfeile zeigen ihn an.

ANSPRÜCHE

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Claims

D-.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. SiRKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen flrtUS FeiSt, BenSberg- zurEingabevom ς .Ιιιητ 1 Q 7 R mi/ Name d. Anm. F 41/61 ANSPRÜCHE

1. Im Erdreich zu verlegender Wärmeaustauscher für das Betriebsmittel einer Wärmepumpenheizung, gekennzeichnet durch zwei rechteckförmige, aufeinanderlegende und an ihren Längs- und Querrändern (16, 18; 20,22) miteinander verschweisste Kunststoffolien (12,14), einen Betriebsmitteleinlauf (26) an einem und einen Betriebsmittelauslauf (28) am anderen Längsende, und parallel zu den Querrändern (20,22) unter gegensei tigern Abstand von Längsrand zu Längsrand (16,18) verlaufende Abschweissungen (24) zwischen den beiden Folien (12,14), die abwechselnd an dem einen oder anderen Längsrand beginnen und kurz vor dem jeweilig gegenüberliegenden Längsrand enden.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschweissungen (24) in einer ihren gegenseitigen Abstand entsprechenden Entfernung von den Längsrändern (16,18) enden.

3. Im Erdreich zu verlegender Wärmeaustauscher für das Betriebsmittel einer Wärmepumpenheizung, gekennzeichnet durch zwei rechteckförmige, aufeinander!!egende und an ihren Längs- und Querrändern (16,18; 20,22) miteinander verschweisste Kunststofffolien (12,14), einen Betriebsmitteleinlauf (26) an einer und einen Betriebsmittelauslauf (28) an der anderen Seite eines Längsendes, und parallel zu den Längsrändern (16,18) unter gegenseitigem Abstand von Querrand zu Querrand (20,22) verlaufende Abschweissungen (24) zwischen den beiden Folien (12,14), die abwechselnd an dem einen oder anderen Querrand beginnen und kurz vor dem jeweilig gegenüberliegenden Querrand enden.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschweissungen (24) in einer ihrem gegenseitigen Abstand entsprechenden Entfernung von den Querrändern (20,22) enden.

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