DE8032916U1

DE8032916U1 - HEAT PIPE FOR THE USE OF EARTH HEAT

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Publication number: DE8032916U1
Application number: DE19808032916
Authority: DE
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1982-01-14

Description

(Warme)-Rohr für die Nutzung von Erdwärme(Warm) pipe for the use of geothermal energy

Die Neuerung betrifft ein (Wärme)-Rohr für die Nutzung von Erdwärme mit einer im Inneren angeordneten Kapillarstruktur und einem darin enthaltenen Medium.The innovation concerns a (heat) pipe for the use of geothermal energy with a capillary structure arranged inside and a medium contained therein.

Aus der Praxis sind für die Gewinnung und Nutzung der Erdwärme zahlreiche Vorrichtungen und Einrichtungen bekannt, die als mit einem flüssigen Medium, hauptsächlich Wasser, durchströmte und mit einer Wärmepumpe verbundene Rohrschlangen, Kollektoren oder Erdsonden mehr oder weniger tief unter der Erdoberfläche gelagert sind. Zum Beispiel werden in Tiefen zwischen 1 und 2 m von einer wärmeübertragenden Flüssigkeit durchströmte Rohr schlangen verlegt, welche mit ihren Enden an eine Wärmepumpe angeschlossen sind. Erdsonden dagegen werden senkrecht in Tiefen von 30 bis 100 m in den Erdboden eingebracht. Sie bestehen aus einem äusseren, am unteren Ende verschlossenen Rohr und aus einem inneren zentrierten Rohr, durch welches Sole gedrückt wird, die in einem Spalt zwischen äusserem und innerem Rohr wieder aufsteigt und dabei Erdwärme aufnimmt.From practice, numerous devices and facilities are known for the extraction and use of geothermal energy, which are known as Coiled pipes, collectors, through which a liquid medium, mainly water, flows and is connected to a heat pump or geothermal probes more or less deep below the earth's surface are stored. For example, at depths between 1 and 2 m, a heat-transferring liquid flows through pipes snakes are laid, the ends of which are connected to a heat pump. Earth probes, on the other hand, are perpendicular in Dug depths of 30 to 100 m into the ground. They consist of an outer tube closed at the lower end and from an inner centered tube through which brine is pushed, in a gap between the outer and inner Pipe rises again and absorbs geothermal energy.

Nachteilig ist bei allen derartigen Vor- und Einrichtungen, dass zu ihrer Installation entweder großflächige Erdbewegungen oder zu grosse Bohrtiefen erford€;rlich sind und dass sich beim Betrieb der daran angeschlossenen Wärmepumpe um die Rohre oder Kollektoren eine Eisschicht bildet. Da im Laufe des Winters der Erdboden stark abkühlt, sinkt die Temperatur der wärmeübertragenden Flüssigkeit und damit der Wirkungsgrad der Wärmepumpe. The disadvantage of all such pre and facilities is that either large-area earth movements for their installation or drilling depths that are too great are required and that the Operation of the heat pump connected to it, a layer of ice forms around the pipes or collectors. Since during the winter If the ground cools down significantly, the temperature of the heat-transferring liquid drops and with it the efficiency of the heat pump.

Zum Beispiel ist ein typischer Wert für die entnehmbare Wärmeleistung pro Rohrmeter 20 Watt. Für 10 kW Wärmeleistung wärenFor example, is a typical value for the heat output that can be drawn off 20 watts per meter of pipe. For 10 kW heat output would be

demnach ca. 500 to Grundfläche bzw. 500 m Rohrleitung erforderlich. Eine solch grosse Rohrlänge führt aber im Wärmeübertragungskreislauf zu einem hohen Druckabfall und damit zu einer notwendig hohen elektrischen Pumpleistung. Bei den Erdsonden steigen mit zunehmender Bohrtiefe die Bohrkosten pro Meter sehr stark an. Hinzu kommt, dass als äusseres Rohr oft das teuere Bohrgestänge verwendet wird. Ein äusserer Korrosionsschutz ist wegen der möglichen Beschädigung während der Bohrarbeiten nicht möglich. Da bei Bohrungen in relativ grossen Tiefen oft unterschiedliche Grundwasser führende Schichten durchstossen werden, kann es zur Verschmutzung des Grundwassers durch oberflächennahes Wasser kommen. Da sich zudem die Temperatur der Sole über die Rohrlänge ändert, kommt es zu unterschiedlicher entnehmbarer Wärmestromdichte entlang des Rohres. Schliesslich benötigt das Gesamtsystem eine hohe Pumpleistung.therefore approx. 500 tons of floor space or 500 m of pipeline are required. However, such a large pipe length leads to a high pressure drop in the heat transfer circuit and thus to a necessary high electrical pump power. With geothermal probes, the drilling costs per meter increase with increasing drilling depth very strong. In addition, the expensive drill pipe is often used as the outer pipe. An external corrosion protection is not possible due to possible damage during drilling. Because when drilling in relatively large If layers that often carry different groundwater are penetrated, this can pollute the groundwater coming through near-surface water. Since the temperature If the brine changes over the length of the pipe, different heat flux densities can be obtained along the pipe. Ultimately, the overall system requires a high pumping capacity.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Neuerung, ein (Wärme)-Rohr zu schaffen, mit dem ein optimaler Wärmeübergang vom ErdbodenBased on this, it is the task of the innovation to create a (heat) pipe with which an optimal heat transfer from the ground

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^|: bzw. Gewässer zum (Wärme)-Rohr gewährleistet ist und bei dem im Laufe des Winters nur geringfügige Temperaturschwankungen bei der Wärmeübertragung z.B. zu einer Wärmepumpe auftreten. Zugleich sollte damit eine einfache und kostengünstige Instal-. lation verbunden sein. ^|: or water to the (heat) pipe is guaranteed and in which only slight temperature fluctuations occur in the course of the winter during the heat transfer, e.g. to a heat pump. At the same time, it should be a simple and inexpensive installation. lation connected.

Neuerungsgemäss sind zur Lösung der gestellten Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und die der ihm folgenden Unteransprüche vorgesehen.According to the innovation, the characterizing features of claim 1 and those following it are to solve the problem posed Subclaims provided.

Der Vorteil der Neuerung besteht insbesondere darin, dass durch die Anordnung eines topf- bzw. zylinderförmig gestalteten Wärmetauschers um die Kondensationszone eines Wärmerohres der Wärmefluss von der Wärmequelle zur Wärmesenke beschleunigt erfolgt, weil durch den Wärmetauscher ein erhöhtes Wärmegefälle erzielt wird. Das heisst, dass bei damit ausgerüsteten und im Erdboden oder in Gewässern verlegten Wärmerohren an ihren Heizzonen ein zeitlich optimaler Wärmeübergang bzw. Wärmeentzug (von der Wärmequelle) vorhanden ist, welcher dadurch entsteht, dass ein in den Wärmerohren befindliches leicht flüchtiges, flüssiges Medium, z.B. Ammoniak oder ein Sicherheitskältemittel, einen raschen Kreislaufprozess vom Verdampfen an deren Heizzone zum ! Kondensieren an deren Kühlzone unterliegt. Damit beim Verdampfungsprozess in der Heizzone der Wärmerohre der bereitsThe advantage of the innovation is, in particular, that the arrangement of a pot-shaped or cylinder-shaped heat exchanger the heat flow from the heat source to the heat sink is accelerated around the condensation zone of a heat pipe, because the heat exchanger achieves an increased heat gradient. That means that when equipped with it and in the ground or heat pipes laid in bodies of water at their heating zones, a temporally optimal heat transfer or heat extraction (from the Heat source) is present, which is created by the fact that a highly volatile, liquid in the heat pipes Medium, e.g. ammonia or a safety refrigerant, a rapid cycle process from evaporation at its heating zone to ! Condensation on their cooling zone is subject. So in the evaporation process in the heating zone of the heat pipes already

erwähnte optimale Wärmeübergang erzielt wird, sind die Wärme-mentioned optimal heat transfer is achieved, the heat

'■' rohre an ihren Innenwänden mit einer Kapillarstruktur versehen. '■' tubes provided with a capillary structure on their inner walls.

t Die Kapillarstruktur gewährleistet dabei eine gleichmässige Verteilung des aus der Kondensationszone in die Heizzonet The capillary structure ensures a uniform Distribution of the from the condensation zone in the heating zone

zurückfliessenden Kondensats über die gesamte Oberfläche derreturning condensate over the entire surface of the

Rohrwand. Der optimale Durchmesser der Wärmerohre liegt etwa zwischen 25 und 80 mm, ihre Längen bei maximal 16 m. Grössere Durchmesser sind wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens oder Grundwassers nicht verwendbar, weil die daraus entnehmbare Wärmeleistung pro Rohr begrenzt ist. Kleinere Durchmesser führen dagegen zu einer erheblich grösseren Stückzahl von Wärmerohren, was sich allerdings in den Kosten niederschlagen würde. Die einzelnen Wärmerohre sind relativ einfach durch Bohren in das Erdreich in übliche Tiefen von ca. 10 bis 12 m, in Ausnahmefällen bis ca 17 m einbringbar und zu installieren. Pipe wall. The optimal diameter of the heat pipes is about between 25 and 80 mm, their lengths at a maximum of 16 m. Larger diameters are due to the poor thermal conductivity of the Soil or groundwater cannot be used because the heat output per pipe that can be extracted from them is limited. Smaller ones On the other hand, diameters lead to a considerably larger number of heat pipes, which, however, is reflected in the costs would. The individual heat pipes are relatively easy to drill into the ground to the usual depths of about 10 to 12 m, in exceptional cases up to 17 m can be brought in and installed.

Um einen optionalen Wärmeübergang und die geforderte Temperaturkonstanz zu erzielen, sollten die Wärmerohre bzw. ihre Heizzonen ins Grundwasser reichen. Dabei können, bei Vorliegen von Grundwasser führenden Schichten, die Wärmerohre schräg installiert werden, so dass der die Heizzone beinhaltende und überwiegende Teil des Rohres im Grundwasser liegt. Ist dagegen Grundwasser in erreichbarer Riefe nicht anzutreffen, können die Wärmerohre schräg in geringerer Tiefe, z.B. 1 bis 2 m mit einer Neigung gegenüber der Horizontalen von wenigstens 4 installiert werden. Durch diese Neigung ist gewährleistet, dass das Kondensat von der Kondensationszone durch die Kapillarstruktur sickert und in die Heizzone unter gleichzeitiger Verdampfung zurückströmt. Als Kapillarstruktur dient entweder ein in das Wärmerohr eingezogener und an dessen Innenwand anliegender Docht oder ein anliegendes Drahtnetz, oder, das Wärmerohr ist durch Längsnahtschweissen eines Bleches herge-About an optional heat transfer and the required temperature constancy To achieve this, the heat pipes or their heating zones should extend into the groundwater. In this case, if Layers carrying groundwater, the heat pipes are installed at an angle, so that the heating zone containing and predominating Part of the pipe is in the groundwater. If, on the other hand, groundwater is not found in an accessible groove, you can the heat pipes inclined at a shallower depth, e.g. 1 to 2 m with an inclination to the horizontal of at least 4 to be installed. This inclination ensures that the condensate from the condensation zone through the capillary structure seeps and flows back into the heating zone with simultaneous evaporation. Either serves as a capillary structure a wick drawn into the heat pipe and resting against its inner wall, or an adjacent wire mesh, or that The heat pipe is made by longitudinally welding a sheet metal

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stellt, dessen Innenfläche z.B. durch Sandstrahlen, Ätzen, Bürsten oder dergleichen aufgerauht oder durch Walzen mit einer Riffelung oder Rillen versehen ist. Werden die Wärmerohre als geschlossene Wärmerohre ausgeführt, tragen diese an ihrem oberen Ende (Kondensationszone) einen von der Wärmeübertragungsflüssigkeit umgebenen oder durchströmten Wärmetauscher. Die Wärmeübertragung von der über die {gesamte Länge des Wärmerohres aufgenommenen Erdwärme an den Wärmetauscher geschieht durch das Wärmerohrprinzip vollständig selbsttätig und ohne jegliche Pumpleistung. Die Pumpleistung für die Wärmeübertragungsflüssigkeit ist durch die kurzen Rohrlängen sehr niedrig. Werden die Wärmerohre dagegen als sogenannte offene Wärmerohre ausgeführt, wobei das Kältemittel im "Wärmerohr verdampft und der Dampf der Wärmepumpe direkt zugeführt wird, so resultiert aus dem in den Wärmerohren ablaufenden Phasenwechsel flüssig—dampfförmig eine sehr hohe Energiedichte. Dadurch wird die Pumpleistung für das Kondensat entsprechend der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit nahezu vernachlässigbar. whose inner surface is roughened e.g. by sandblasting, etching, brushing or the like or by rolling with a corrugation or grooves is provided. If the heat pipes are designed as closed heat pipes, they carry at their upper end (condensation zone) a heat transfer fluid surrounded or flowed through Heat exchanger. The heat transfer from the geothermal energy absorbed over the entire length of the heat pipe to the Thanks to the heat pipe principle, the heat exchanger takes place completely automatically and without any pumping power. The pumping power for the heat transfer fluid is very low due to the short tube lengths. The heat pipes, however, are called so-called run open heat pipes, with the refrigerant in the "The heat pipe evaporates and the steam is fed directly to the heat pump the liquid-vapor phase change occurring in the heat pipes results in a very high energy density. As a result, the pumping power for the condensate is almost negligible in accordance with the low flow velocity.

J5ur Verteilung des rückströmenden Kondensats (im Falle der offenen Wärmerohre) ist nach dem Einlassventil ein Prallblech engeordnet. Dadurch wird eine gleichmässige Verteilung des Kondensats am Umfang der Rohrwandung erzielt, das als nicht verdampftes flüssiges Medium an der Rohrwand bzw. in den Kapillaren entlang rinnt und sich am Boden des Wärmerohres sammelt und dort einen Schwimmer trägt, der über eine Verbindung das am Einlass angeordnete Ventil entsprechend der zurück-J5 For the distribution of the backflowing condensate (in the case of the open heat pipes) a baffle plate is arranged after the inlet valve. This ensures an even distribution of the Achieved condensate on the circumference of the pipe wall as a non-evaporated liquid medium on the pipe wall or in the Capillaries runs along and settles at the bottom of the heat pipe collects and carries a float there, which via a connection opens the valve at the inlet according to the return

strömenden bzw. der verdampften Menge Medium steuert. Anstelle eines Prallbleches kann eine scheibenförmige Kapillarstruktur vorgesehen werden, die z.B. in Form einer Sintermetallscheibe oder in einer schichtweisen Anordnung von Drahtnetzen ausgebildet ist.flowing or the evaporated amount of medium controls. Instead of a baffle, a disk-shaped capillary structure can be used can be provided, for example in the form of a sintered metal disc or in a layered arrangement of wire nets is.

Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert.Exemplary embodiments are described below and explained by means of sketches.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die Anordnung einer Gruppe von im Erdreich installierten Wärmerohren, verbunden mit einer Wärmepumpe und einem damit beheizten Haus,1 shows the arrangement of a group of heat pipes installed in the ground, connected to a heat pump and a house heated with it,

Fig. 2 ein Wärmerohr mit an seiner Kondensationszone angeordnetem Wärmetauscher,2 shows a heat pipe with a heat exchanger arranged on its condensation zone,

Fig. 3 ein Wärmerohr mit einem an seiner Kondensationszone doppelwandigen Wärmetauscher,3 shows a heat pipe with a double-walled heat exchanger on its condensation zone,

Fig. 4 ein Wärmerohr mit abgekrümmter Kondensationszone und daran angeordnetem Wärmetauscher,4 shows a heat pipe with a curved condensation zone and a heat exchanger arranged thereon,

Fig. 5 ein Wärmerohr mit an seiner Kondensationszone angeordnetem Prallblech und Ventil,5 shows a heat pipe with a baffle plate and valve arranged on its condensation zone,

Fig. 6 ein Wärmerohr mit einer an seiner Kondensationszone angeordneten zusätzlichen Kapillarstruktur und Ventil.6 shows a heat pipe with an additional capillary structure and valve arranged on its condensation zone.

Aus Fig. 1 ist die Anordnung einer Gruppe von im Erdreich 1 installierten Wärmerohren 2 schematisch dargestellt. Die Wärmerohre 2 tragen an ihren Kondensationszonen bzw. -enden 3 Wärmetauscher 4, die z.B. durch Zu— und Ableitungen 5, 6 über eineFrom Fig. 1, the arrangement of a group of installed in the ground 1 heat pipes 2 is shown schematically. The heat pipes 2 have 3 heat exchangers at their condensation zones or ends 4, which e.g. by supply and discharge lines 5, 6 via a

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Samraelzu- und -ableitung 8, 9 mit einer Wärmepumpe 7 mit elektrischem Anschluss 7¹ verbunden ist, welche gleichfalls an einem in einem Haus 10 installierten Heizsystem 11 angeschlossen ist. Die Wärmerohre 2 sind senkrecht im Erdreich 1 einge- · lassen, so dass ihr unteres langes, die Heiz- bzw. Verdampfungszone bildendes Ende 12, die im Erdboden 1 vorhandene Wärme (Erdwärme) aufnehmen bzw. absorbieren kann. Ihr oberes kurzes und die Kpndensationszone bildendes Ende 3 befindet sich dabei dicht unter der Erdoberfläche 13. Die an den Kondensationsenden 3 angeordneten Wärmetauscher 4, sind von einem Wärmeübertragungsmedium (z.B. Wasser mit Frostschutzmittel) 14 (siehe Richtungspfeile) umgeben oder durchströmt, das durch die Ableitungen 6 und 9 zur Wärmepumpe 7 hin und nach Wärmeabgabe von dieser durch die Zuleitungen 5 und 8 zurückgeführt wird. Die Wärmetauscher 4 sind durch die Zu- und Ableitungen 5, 6 mit der Sammelzu- und -ableitung 8, E» in Tichelmannschaltung parallel verbunden, so dass in allen Wärmetauschern die gleichen Druckverhältnisse herrschen und dabei gleichmässig von der Wärmeübertragungsflüssigkeit 14 umgeben ist oder durchströmt werden. Auch ist es möglich, mehrere Wärmerohr 2 durch Hintereinanderschalten über die Zu- und Ableitungen 5, 6 zu einer Gruppe zu verbinden und diese Gruppen dann wiederum parallel an die Sammelleitungen 8, 9 anzuschliessen.Samrael supply and discharge line 8, 9 is connected to a heat pump 7 with an electrical connection 7 ¹ , which is also connected to a heating system 11 installed in a house 10. The heat pipes 2 are embedded vertically in the ground 1, so that their lower long end 12, which forms the heating or evaporation zone, can absorb or absorb the heat (geothermal energy) present in the ground 1. Its short upper end 3, which forms the compression zone, is located just below the surface of the earth 13 6 and 9 to the heat pump 7 and after heat is released from this through the supply lines 5 and 8 is returned. The heat exchangers 4 are connected in parallel by the inlet and outlet lines 5, 6 to the collective inlet and outlet line 8, E »in a Tichelmann circuit, so that the same pressure conditions prevail in all heat exchangers and the heat transfer fluid 14 evenly surrounds or flows through them . It is also possible to connect several heat pipes 2 to form a group by connecting them one behind the other via the supply and discharge lines 5, 6 and then in turn to connect these groups in parallel to the collecting lines 8, 9.

In Fig. 2 ist ein im Erdreich 1 eingelassenes und eine Kapillarstruktur 15 beinhaltendes Wärmerohr 2 verkürzt dargestellt. Die dicht unter der Erdoberfläche: 13 befindliche Kondensationszone 3 trägt einen z.B. mit Zu- und Ableitungen 5, 6 versehenen In Fig. 2 there is one embedded in the ground 1 and one capillary structure 15 containing heat pipe 2 shown in abbreviated form. The condensation zone 3, located close to the surface of the earth: 13, has a condensation zone, e.g. with inlet and outlet pipes 5, 6

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Wärmetauscher 4. Die Kapillarstruktur 15 reicht dabei bis zum unteren Ende der Heiz- und Verdampfungszone 12, in der das von der Kondensationszone 3 rücklaufende kondensierte Medium 14 nach Wärmeaufnahme aus dem Erdreich 1 (siehe Richtungspfeile) zum Teil wieder verdampft und hochsteigt und zum Teil - je nach Temperaturfluss bzw. Wärmeübergang - sich am Boden der Heizzone als Kondensatsumpf 16 sammelt.Heat exchanger 4. The capillary structure 15 extends up to lower end of the heating and evaporation zone 12, in which the condensed medium 14 returning from the condensation zone 3 after heat absorption from the ground 1 (see directional arrows) partly evaporates again and rises and partly - depending on Temperature flow or heat transfer - located at the bottom of the heating zone collects as condensate sump 16.

In Fig. 3 ist die Kondensationszone 3 von einem z.B. mit Zu- und Ableitungen 5, 6 versehenen Wärmetauscher 4 umgeben, der neben seiner Aussenwand 17 eine zwischen dieser und der Wand der Kondensationszone 3 angeordnete zusätzliche, an ihrem unteren Ende verkürzte Wand 18 aufweist. Bei diesem Wärmetauscher 4 liegen Zu- und Ableitung 5, 6 am oberen Ende. Die Strömung des wärmeübertragenden Mediums 14 wird durch die Wand 18 von der Aussenseite 19 zur Innenseite 20 umgelenkt. Durch diese raumsparende Gestaltung des Wärmetauschers 4 ist es möglich, das Wärmerohr 2, einschliesslich Wärmetauscher 4, in ein Bohrloch einzubringen und über die oben liegenden Zu- und Ableitungen 5, 6 mit der Sammelzu— und -ableitung 8, 9 zu verbinden.In Fig. 3, the condensation zone 3 is surrounded by a heat exchanger 4 provided, for example, with inlet and outlet lines 5, 6, the in addition to its outer wall 17, an additional one arranged between this and the wall of the condensation zone 3, on its lower one Has the end shortened wall 18. In this heat exchanger 4, the inlet and outlet lines 5, 6 are at the upper end. The current of the The heat-transferring medium 14 is deflected by the wall 18 from the outside 19 to the inside 20. This space-saving Design of the heat exchanger 4, it is possible to place the heat pipe 2, including the heat exchanger 4, in a borehole to be brought in and connected to the collective inlet and outlet lines 8, 9 via the inlet and outlet lines 5, 6 at the top.

Die Fig. 4 zeigt ein Wärmerohr 2 mit seiner gegen die Horizontale (Erdoberfläche 13) unter einem Winkel aC geneigten Kondensationszone 3 mit daran angeordnetem und z.B. mit Zu- und Ableitungen 5, 6 versehenen Wärmetauscher 4. Dabei sollte der Neigungswinkeln wenigstens 4 betragen. Damit kann der zur Installation der Wärmetauscher 4 und Leitungen 5, 6 bzw. 8, 9 4 shows a heat pipe 2 with its condensation zone 3 inclined to the horizontal (earth surface 13) at an angle aC with a heat exchanger 4 arranged thereon and provided, for example, with inlet and outlet lines 5, 6. The angle of inclination should be at least 4. This allows the installation of the heat exchangers 4 and lines 5, 6 or 8, 9

(Fig. 1) erforderliche Aushub an der Erdoberfläche 13 relativ niedrig gehalten werden.(Fig. 1) required excavation at the earth's surface 13 relative be kept low.

Die Fig. 5 stellt ein sogenanntes offenes Wärmerohr 2 dar, welches aia Ende seiner Kondensationszone 3 z.B. eine Zuleitung und unterhalb dieser z.B. eine Ableitung 6 aufweist. Beide Leitungen 5 und 6 sind mit den auch aus Fig. 1 ersichtlichen Sammelzu- und -ableitungen 8 und 9 verbunden. Oberhalb der Ableitung 6 ist ein mit seiner Spitze 21 nach oben gerichtetes kegelförmig ausgestaltetes Prallblech 22 angeordnet, dessen Rand 23 gegen die an der Innenwand des Wärmerohres 2 angeordnete Kapillarstruktur 15 stösst. Die darüber befindliche Zuleitung 5 ist mit einem Regelventil 24 für die Flüssigkeitsströmung versehen, welches z.B. aus einer Kugel 25 mit Feder 26 und einem durch einen Draht 27 damit verbundenen Schwimmer 28 besteht. Je nach Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Kondensatsumpf 16 am Boden des Wärmerohres 2 bzw. des darin angeordneten Schwimmers 28 wird durch öffnen oder Schliessen'des Ventils 24 die Menge des durch die Zuleitung 5 und Kapillarstruktur 15 in die Heiz- bzw. Verdampf ungs zone 12 zurückfliessenden Kondensats bzw. dessen Wiederverdampfen geregelt. Das Prallblech 22 bewirkt eine gleichmassige Verteilung des zurückfliessenden Kondensats an die rings der Innenwand des Wärmerohres 2 anliegende Kapillarstruktur 15 bzw. deren Benetzung.Fig. 5 shows a so-called open heat pipe 2, which at the end of its condensation zone 3, for example, is a supply line and below this, for example, has a discharge 6. Both lines 5 and 6 are connected to the collective feed which can also be seen in FIG. and leads 8 and 9 connected. Above the discharge line 6 is a cone-shaped with its tip 21 directed upwards configured baffle plate 22 is arranged, the edge 23 of which against the arranged on the inner wall of the heat pipe 2 capillary structure 15 pushes. The supply line 5 above is provided with a control valve 24 for the flow of liquid, which consists, for example, of a ball 25 with a spring 26 and a float 28 connected to it by a wire 27. Depending on Height of the liquid level in the condensate sump 16 at the bottom of the heat pipe 2 or the float 28 arranged therein by opening or closing the valve 24, the amount of through the supply line 5 and capillary structure 15 in the heating or evaporation tion zone 12 returning condensate or its Regulated evaporation. The baffle plate 22 causes a uniform Distribution of the returning condensate to the capillary structure 15 lying around the inner wall of the heat pipe 2 or their wetting.

In Fig. 6 ist anstelle des in Fig. 5 angeordneten Prallbleches 22 eine scheibenförmige Kapillarstruktur 29 vorgesehen, welche entweder aus Sintermetall, mehreren Lagen Drahtnetz oder einem ähnlich wirkenden Material bestehen kann.In FIG. 6, instead of the baffle plate 22 arranged in FIG. 5, a disk-shaped capillary structure 29 is provided which can consist either of sintered metal, several layers of wire mesh or a similar material.

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Da das wärmeübertragende Medium 14 nach den Fig. 1, 2 und 3 nur die z.B. ca. 1 bis 1,5 m langen Wärmetauscher 4, nicht aber die gesamte Länge der Wärmerohre 2 durchströmt, ergibt sich daraus ein sehr niedriger Druckverlust im Kreislauf der Wärmeübertragung.Since the heat-transferring medium 14 according to FIGS. 1, 2 and 3 only the heat exchangers 4, for example, about 1 to 1.5 m long, not but the entire length of the heat pipes 2 flows through, this results in a very low pressure loss in the circuit Heat transfer.

Zum Beispiel werden, wie in Fig. 1 dargestellt, für eine typische Auslegung eines Hauses 10 mit einem Wärmebedarf von 21 kW, das über eine elektrisch betriebene Wärmepumpe 7 mit einer Leistungszahl von 3 und einem elektrischen Anschlusswert 7¹ von 7 kW beheizt wird, 30 jeweils 10 m lange Wärmerohre 2 benötigt, die dem Erdreich 1 eine Wärmeleistung von maximal 14 kW entziehen. For example, as shown in FIG. 1, for a typical design of a house 10 with a heat requirement of 21 kW, which is ^{heated by an electrically operated heat pump 7 with a coefficient of performance of 3 and an electrical connection value 7 1} of 7 kW, 30 each 10 m long heat pipes 2 are required, which extract a maximum heat output of 14 kW from the ground 1.

Die Wärmerohre 2 können aber auch an ihren oberen Enden (Kondensationzone) offen sein (sogenannte offene Wärmerohre wie Fig. 5 und 6 zeigen). Dabei wird das verdampfte wärmeübertragende Medium 14 z.B. direkt über Sammelleitungen 8 und 9 der Wärmepumpe 7 zu- und von dieser ab- bzw. zurückgeführt. Hierbei wird der Verdampfer der Wärmepumpe direkt in das Erdreich verlegt. Als verdampfendes Medium dient das Kältemittel der Wärmepumpe. Eine derartige Lösung ist thermodynamisch optimal, well dadurch jede unnötige und zusätzliche Wärmeübertragung vermieden wird.The heat pipes 2 can, however, also at their upper ends (condensation zone) be open (so-called open heat pipes as shown in FIGS. 5 and 6). The evaporated heat-transferring Medium 14 e.g. directly via manifolds 8 and 9 of the heat pump 7 supplied and withdrawn from this or returned. Here, the evaporator of the heat pump is laid directly in the ground. The heat pump's refrigerant serves as the evaporating medium. Such a solution is thermodynamically optimal, because of this any unnecessary and additional heat transfer is avoided.

19811981

Claims

DORNIER SYSTEM GMBH File number: G 80 32 916.4

Priedrichshafen

Reg. S 367 Gm

Protection claims:

1. (Heat) pipe for the use of geothermal energy with a capillary structure arranged inside and one contained therein Medium, characterized in that the heat pipe (2) at the condensation zone (3) with a pot or cylindrically shaped heat exchanger (4) is surrounded.

2. (heat) pipe according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (4) is double-walled, such that that the wall (18) adjacent to the condensation zone (3) is shortened compared to the outer wall (17) of the heat exchanger (4).

3. (heat) pipe according to claims 1 and 2, characterized in that that the end of the condensation zone (3) of the heat pipe (2) relative to the horizontal (13) at an angle (oC) is inclined by at least 4.

i. (Heat) pipe according to claims 1 to 3, characterized in that the heat pipe (2) has a diameter between 2 5 and 80 mm.

38th Seplt. 1981
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