DE2652852A1 - Refrigerating plant thermal siphon - consists of closed-up tube-shaped vessel with walls of corrugated sheet - Google Patents

Abstract

The thermal siphon is a completely enclosed vessel consisting of heating zone (1) conveying zone (2) and cooling zone (3). The walls (4) consist of corrugated sheet shaped to form a tube-like cross section with a sloping cooling section (3). Inside the tube space a second tubular space is created by an inner tube (5) which also is of corrugated sheet. The lower part of the wall forming the inner tube (5) terminate in U-shaped troughs (6) serving as a liquid seal. The vessel is filled with a heat carrier through the valve (7) and as heat is applied at the heating zone (1) the liquid (8) evaporates the vapors rise due to their higher partial pressure and come into contact with the cooler surface of zone (3)., where they subsequently condense, flow downwards along walls (4) into the troughs (6) and overflow back into the heating zone (1), where the cycle repeats itself.

Description

Vorrichtung zum Transport von WärmeenergieDevice for the transport of thermal energy

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport von Wärmeenergie zwischen zwei Orten unterschiedlicher Temperatur, die aus einem an beiden Enden dicht verschlossenen rohrförmigen Behälter besteht, der mit einem geeigneten Arbeitsmittel gefüllt ist, welches am höhergelegenen Ort höherer Temperatur verdampft und am Ort niedriger Temperatur kondensiert, wonach das Kondensat aufgrund der Schwerkraft zum Ort höherer Temperatur zurückfließt.The invention relates to a device for transporting thermal energy between two places of different temperature resulting from one at both ends tightly closed tubular container is made with a suitable working medium is filled, which evaporates at the higher place of higher temperature and in place low temperature condenses, after which the condensate due to gravity flows back to the place of higher temperature.

Solche vakuumdicht verschlossenen Systeme, deren Innenraum mit einem flüssigen Wärmeträger gesättigt ist, finden mehr und mehr technische und industrielle Anwendung, insbesondere auf dem Gebiet der Wärme- und Kältetechnik.Such vacuum-tight closed systems, the interior of which with a liquid heat transfer medium is saturated, find more and more technical and industrial Application, especially in the field of heating and cooling technology.

Wird einem Bereich dieses Systems Wärme zugeführt, so verdampft dort der Wärmeträger und strömt zum kälteren oder gekühlten Bereich, o er kondensiert und dabei seine Verdampfungswärme abgibt. Liegt die Kühlzone oberhalb der Heizzone, so wird das Kondensat aufgrund der Schwerkraft in die Heizzone zurückfließen. Thermische Bauelemente, bei denen zum Rücktransport des Kondensats die Schwerkraft ausgenutzt wird, werden als Wärmesiphons bezeichnet.If heat is supplied to an area of this system, it evaporates there the heat carrier and flows to the colder one or cooled area, o it condenses and gives off its heat of vaporization. Is the cooling zone above the heating zone, the condensate will flow back into the heating zone due to gravity. Thermal components in which gravity is used to transport the condensate back is used, are referred to as heat siphons.

Der Umlauf des Wärmeträgers wird durch den häufig sehr geringen Temperaturunterschied zwischen der Heiz- und der Kühlzone bewirkt. In der Heizzone herrscht ein höherer Dampfdruck als in der Kühlzone und dieses Druckgefälle treibt den Dampf zum gekühlten Ende.The circulation of the heat transfer medium is due to the often very small temperature difference between the heating and cooling zones. In the heating zone there is a higher one Steam pressure than in the cooling zone and this pressure gradient drives the steam to the cooled one End.

Bin wesentlicher Vorteil derartiger Wärmesiphons ist, daß ihre effektive Wärmeleitfähigkeit um Größenordnungen höher ist, als die der besten metallischen Leiter. Mit ihnen kann Wärme gegen die Schwerkraft transportiert werden.A major advantage of such heat siphons is that they are effective Thermal conductivity is orders of magnitude higher than that of the best metallic Ladder. They can be used to transport heat against gravity.

Sie sind einfach zu handhaben, leicht zu montieren und wartungsfrei.They are easy to use, easy to assemble and maintenance-free.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmesiphon anzugeben, welcher kostengünstig hergestellt und installiert werden kann und darüberhinaus flexibel ist.The invention is based on the object of specifying a heat siphon, which can be manufactured and installed inexpensively and beyond is flexible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wandung des Behälters in Form eines metallischen Wellrohres ausgebildet ist. Wellrohre lassen sich in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß aus einem längseinlaufenden Netallband durch Formung des Metallbandes zu einem Schlitzrohr, Längsnahtverschweißen desselben und anschließendes Wellen in nahezu unbegrenzter Länge herstellen. Aufgrund der Wellung ist das Rohr so fLexilrel, daß es auf übliche Kabeltrommeln aufgespult werden kann. Zur Herstellung eines Wärmesiphons wird dann die benötigte Rohrlänge von der Kabeltrommel abgezogen, bis auf eine Füllöffnung verschlossen, evakuiert mit der gewünschten Menge des Wärmeträgers gefüllt und anschließend v££uumdicht verschlossen. Durch die Flexibilität des ärmesiphons wird der Anwendungsbereich derartiger Wärmeübertragungssysteme wesentlich erweitert.This object is achieved in that the wall of the container in Form of a metallic corrugated pipe is formed. Corrugated pipes can be used in one continuous work process from a longitudinally running metal strip by forming of the metal strip to form a slotted tube, longitudinal seam welding of the same and then waves Manufacture in almost unlimited lengths. Because of the curl the tube is so flexible that it can be wound onto standard cable drums. To produce a heat siphon, the required pipe length is then removed from the cable drum withdrawn, closed except for a filling opening, evacuated with the desired Amount of the heat transfer medium filled and then sealed tightly. By the flexibility of the heat siphon becomes the area of application of such heat transfer systems significantly expanded.

Nach einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innenwandung des Wellrohres eine Lage aus einem geflechtartigen Material angeordnet. Dieses Geflecht dient im wesentliche- dazu, die entgegengesetzt gerichteten Strömungen Dampf und Kondensat voneinander zu trennen und eine Tropfenbildung in der zwischen der Heiz- und Kühlzone liegenden Transportzone zu verhindern.According to a particularly favorable embodiment of the invention is on the inner wall of the corrugated pipe is arranged a layer of a braid-like material. This network essentially serves to counteract the opposing currents Separate steam and condensate and form a drop in between to prevent the transport zone lying in the heating and cooling zone.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist im Innern des Wellrohres ein in das Arbeitsmittel bzw. den Wärmeträger eintauchendes flexibles Innenrohr angeordnet, welches mittels Abstandshalter vorsugsweise konzentrisch zum Wellrohr und axial unverschiblich gehalten ist. Durch diese Maßnahme 7 die die Flexibilität des Systems nicht wesentlich verringert, wird eine einwandfreie Trennung der beiden entgegengesetzt verlaufenden Ströme gewährleis-tet. Zweckmäßigerweise ist das flexible Innenrohr ebenfalls als Metallwellrohr ausgebildet. Bs ist aber auch möglich, ein glattes, vorzugsweise dünnwandiges Kunststoffrohr zu verwenden. Vorteilhafterweise taucht das Innenrohr in eine unterhalb der Heizzone angeordnete Flüssigkeitsfalie ein. Diese Flüssigkeitsfalle besteht zweckmäßigerweise aus einem U-förmigen Profil, welches an der Innenwandung des Außenwellrohres angebracht ist.According to a further idea of the invention is inside the corrugated pipe a flexible inner tube immersed in the working medium or the heat transfer medium arranged, which by means of spacers concentrically to the corrugated pipe as a precaution and is held axially indispensable. This measure 7 increases the flexibility of the system is not significantly reduced, there is a perfect separation of the two opposing currents guaranteed. Appropriately, this is flexible Inner tube also designed as a corrugated metal tube. Bs is also possible, a Use a smooth, preferably thin-walled plastic pipe. Advantageously the inner tube is immersed in a liquid trap arranged below the heating zone a. This liquid trap exists expediently from one U-shaped profile, which is attached to the inner wall of the outer corrugated pipe.

Die Erfindung ist an Hand der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is illustrated schematically with reference to FIGS. 1 and 2 Embodiments explained in more detail.

In den Figuren ist mit l die Heizzone mit 2 die Transportzone und mit 3 die Kühlzone bezeichnet. Die Außenwandung 4 besteht aus einem Wellrohr, welches vorzugsweise in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß aus einem Metallband gefertigt lmrde- Das Wellrohr 4 ist an seinen Enden druckdicht verlötet und verschweißt, wobei der Abschluß der Kühlzone 3 zweckmäßigerweise kegelig (siehe Fig. 1) bzw.In the figures, 1 is the heating zone, 2 is the transport zone and with 3 denotes the cooling zone. The outer wall 4 consists of a corrugated pipe, which preferably manufactured from a metal strip in a continuous working process lmrde- The corrugated pipe 4 is pressure-tight soldered and welded at its ends, wherein the end of the cooling zone 3 is expediently conical (see Fig. 1) or

gewölbt (siehe Fig. 2) ausgebildet ist.arched (see Fig. 2) is formed.

ln dem Äusführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist im Innern des Wellrohres 4 und vorzugsweise koaxial zu diesem ein Innenrohr 5 angeordnet, welches über nicht dargestellte Abstandshalter konzentrisch zum Wellrohr 4 und in axialer Richtung @nverschieblich gehalten ist. Das Innenrohr 5 ist zweckmäßigerweise ebenfalls als Metallwellrohr ausgebildet. An der Grenze zwischen der Heizzone 1 und der Transportzone 2 bzw. etwas oberhalb dieser Grenze ist ein U-förmiges Profil 6, welches als Flässigkeitssperre dient, an der Innenwandung des Wellrohres 4 angebracht, in welche das Innenrohr 5 mit seinem unteren Ende hineinragt.In the embodiment according to FIG. 1, the interior of the corrugated pipe is located 4 and preferably arranged coaxially to this an inner tube 5, which does not have The spacers shown are concentric to the corrugated tube 4 and in the axial direction @n is movable. The inner tube 5 is also expediently as Metal corrugated pipe formed. At the border between heating zone 1 and the transport zone 2 or slightly above this limit is a U-shaped profile 6, which acts as a liquid barrier serves, attached to the inner wall of the corrugated pipe 4, in which the inner pipe 5 protrudes with its lower end.

Das auf diese Weise hergestellte System wird zunächst leergepumpt und dann in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium (Wärmeträger) gefüllt. Dies geschieht zweckmäßigerweise über ein Ventil 7, welches nach dem Einfüllen des Mediums druckdicht verschlossen wird.The system produced in this way is first pumped out and then filled with a working medium (heat transfer medium) in a precisely measured manner. This is expediently done via a valve 7, which after the filling of the Medium is sealed pressure-tight.

Der dargestellte Wärmesiphon arheitet wie folgt: Die im Bereich der Heizzone zugeführte Wärme bewirkt, daß das flüssige Arbeitsmedium 8 verdampft. Aufgrund seines höheres Dampfdrucks im Bereich der Heizzone 1 steigt der Dampf im Innern des Innenrohres 5 auf und trifft auf die Wandung der Kühlzone 3, wo er kondensiert. Das Kondensat strömt in dem Ringraum zwischen dem Innenrohr 5 und dem Wellrohr 4 abwärts, sammeit sich in dem U-förmigen Profil 6 und fließt von dort wieder in den Bereich der heizzone 1. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und das Arbeitsmedium gibt dabei die in der Heizzone 1 aufgenommene Wärme im Bereich der Kühlzone an die Wandung des Wellrohres 4 bzw. den oberen Abschluß ab.The shown heat siphon arheitet as follows: The one in the area of the Heat supplied to the heating zone causes the liquid working medium 8 to evaporate. Because of Due to its higher steam pressure in the area of heating zone 1, the steam inside rises of the inner tube 5 and hits the wall of the cooling zone 3, where it condenses. The condensate flows in the annular space between the inner pipe 5 and the corrugated pipe 4 downwards, collects in the U-shaped profile 6 and flows from there back into the Area of the heating zone 1. This process repeats itself continuously and the working medium gives the heat absorbed in the heating zone 1 in the area of the cooling zone to the Wall of the corrugated pipe 4 or the upper termination.

Das in der Fig. 1 schematisch dargestellte Ausfahrungsbeispiel eignet sich in besonderer Weise für Wärmesiphons mit relativ großem Außendurchmesser.The embodiment example shown schematically in FIG. 1 is suitable is particularly suitable for heat siphons with a relatively large outer diameter.

Für kleinere Rohrdurchmesser hat sich das in der Fig.For smaller pipe diameters, this has been shown in Fig.

dargestellte Ausführungsbeispiel als vorteilhaft erwiesen.illustrated embodiment proved to be advantageous.

Die Trennung der das flüssige Kondensat führenden Außenzone von der den Dampf führenden Innenzone wird hier durch ein Geflecht 9 erreicht, welches an der Innenwandung des Wellrohres 4 anliegt. Dieses Geflecht 9 ist zweckmäßigerweise ein Metallgeflecht, welches in das abgelängte Wellrohr 4 eingezogen und durch axialen Druck aufgekorbt wird, wobei es sich an die Innenwandung des Wellrohres 4 anlegt.The separation of the outer zone leading the liquid condensate from the the inner zone carrying the steam is reached here by a braid 9, which is attached to the inner wall of the corrugated pipe 4 rests. This braid 9 is expedient a metal mesh, which is drawn into the corrugated pipe 4 cut to length and through axial Pressure is basketed up, whereby it rests against the inner wall of the corrugated pipe 4.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Rohrsysteme sind in der Länge einmal durch die Aufwickelbarkeit und zum anderen durch den sich möglicherweise im Rohr aufbauenden hydrostatischen Druck der Flüssigkeit begrenzt. Um diese Einschränkung zu umge@en, kann man mehrere jeweils abgeschlossene Systeme aneinanderfügen und thermisch gut miteinander verbinden. Auf diese Weise kann man wärme über relativ lange Strecken transportierten.The pipe systems shown in Figures 1 and 2 are in length on the one hand by the windability and on the other hand by the possibly in the pipe building up hydrostatic pressure of the liquid is limited. Around Restriction To avoid it, you can join several closed systems together and connect thermally well with each other. This way you can heat about relatively transported long distances.

Einige Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind: Schnellere Verteilung von Wärme in Flüssigkeiten, .B. in Warmwasserkesseln, in Schüttgut oder Wärmespeichern sowie zum schnelien Wärmeübergang in Wärmetauschern.Some areas of application for the device according to the invention are: Faster heat distribution in liquids, .B. in hot water boilers, in bulk or heat storage and for quick heat transfer in heat exchangers.

Zur Beheizung von Fahrzeugen sowie insbesondere zur Beheizung uiid Enteisung spezieller Teile, wie Außenspiegel, Scheiben- und Scheinwerferwaschanlage, Sitzflächen und dergleichen.For heating vehicles and especially for heating uiid De-icing of special parts, such as exterior mirrors, windscreen and headlight washers, Seats and the like.

Enteisung von Straßen, Schienen, Flußpisten. Durch Anbringen von mehrere Meter weit in den Erdboden reichenden Wärmesiphons wird die Oberfläche geheizt und damit auf über @°C gehalten. Die wärme wird dabei aus dem Boden entnommen.De-icing of roads, rails, river slopes. By attaching several The surface is heated and heated meters far into the ground thus kept at above @ ° C. The heat is taken from the ground.

Ausnutzung der Geowärme. Zur Gewinnung der Geowärme könnte ein Wärmesiphon gemäß der Lehre der Erfindung von einer Kabeltrommel direkt in einen (z.B. im Bergbau vorhandenen) Schacht bis in solche Tiefen eingebracht werden, daß sich die Entnahme von Heiz- oder Brauchwärme lohnt.Use of geothermal energy. A heat siphon could be used to generate geothermal heat according to the teaching of the invention from a cable drum directly into a (e.g. in mining existing) shaft to such depths that the removal of heating or domestic heat is worthwhile.

Vereisung von Erdreich. Bei sehr niedriger Lufttemperatur kann der Erdboden bis in eine gewisse Tiefe gefroren werden, so daß man Fundamente von Pfeilern in den Boden einfrieren kann. Die Gefahr des Wiederauftauerns durch Wärmetransport der Wärmesiphons besteht nicht, dr so eingesetzte Wärmesiphons bei Lufttemperaturen oberhalb 0°C nicht arbeiten.Icing of the ground. If the air temperature is very low, the The ground can be frozen to a certain depth, so that one foundation of pillars can freeze into the ground. The risk of thawing due to heat transport the Heat siphons do not exist, the heat siphons used in this way at air temperatures Do not work above 0 ° C.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (6)

Patentansprüche Vorrichtung zum Transport von Wärmeenergie zwischen zwei Orten unterschiedlicher Temperatur, die aus einem an beiden Enden dicht verschlossenen rohrförmigen Behälter besteht, der mit einem geeigneten-Arbeitsmedium gefüllt ist, weiches am Ort höherer Temperatur (Heizzone) verdampft und am höher gelegenen Ort niedrigerer Temperatur (kühlzone) kondensiert, wonach das Kondensat aufgrund der SchTrerkraft zum Ort höherer Temperatur zurückfließt, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Wandung des Behälters in Form eines metallischen Wellrohre (4) ausgebildet ist. Claims device for the transport of thermal energy between two places of different temperature, consisting of one tightly sealed at both ends consists of a tubular container which is filled with a suitable working medium, soft evaporates at the place of higher temperature (heating zone) and at the higher place lower temperature (cooling zone) condenses, after which the condensate due to the Shear force flows back to the place of higher temperature, characterized in that 3 the wall of the container is designed in the form of a metallic corrugated pipe (4). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung des Wellrohres (4) mindestens eine Lage aus einem geflechtartigen Material (9) angeordnet ist, 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that on the Inner wall of the corrugated pipe (4) has at least one layer made of a braid-like material (9) is arranged, 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Wellrohres (4) ein in das Arbeitsmedium (a) eintauchendes flexibles Innenrohr (5) angeordnet ist, welches mittels Abstandshalter vorzugsweise konzentrisch zum Wellrohr (4) und unverschieblich gehalten ist.3. Device according to claim 1, characterized in that that in the interior of the corrugated pipe (4) in the working medium (a) immersed flexible Inner tube (5) is arranged, which is preferably concentric by means of spacers to the corrugated pipe (4) and is held immovable. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch geknnnzeichnet, daß das Innenrohr (5) ein Metallrohr ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the inner tube (5) is a metal pipe. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (5) ein glattes dünnwandiges Kunststoffrohr ist.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the inner tube (5) is a smooth thin-walled plastic pipe. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (5) in eine oberhalb der Heizzone (i) angeordnete Flüssigkeitsfalle (6) eintaucht.6. Device according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the inner tube (5) in a liquid trap arranged above the heating zone (i) (6) immersed.