NL8004513A

NL8004513A - Heat recuperator for soil - has rigid plastics pipe to pass heat exchange fluid below soil surface

Info

Publication number: NL8004513A
Application number: NL8004513A
Authority: NL
Original assignee: Wavin Bv
Priority date: 1980-08-07
Filing date: 1980-08-07
Publication date: 1982-03-01

Abstract

The exchanger to recover heat from the soil has a pipe (1) of plastics to transport a heat exchange fluid. It is of sufficient rigidity to be placed in the soil and has an inlet (7) and an outlet (9) for heat exchange fluid. It can have an outer (1) tube with a closed bottom (10) and an inner tube (2) concentric with it whose inner side is in open communication with the annular space (3) between the tubes. The inlet for the heat exchange fluid leads into the annular space and into the inner tube and vice versa for the outlet. The annular space can have channels provided by partitions integral with the inner and/or outer tubes.

Description

Λ 805098/vdV/kd50 805098 / vdV / kd

Korte aanduiding: Inrichting voor het onttrekken van warmte aan de bodem.Short designation: Device for extracting heat from the ground.

Door Aanvraagster worden als uitvinders genoemd de heren T.P.M. Bontje, G.H. Heetbrink en G. Schuldink.The Applicants mention as inventors Messrs T.P.M. Bontje, G.H. Heetbrink and G. Schuldink.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het onttrekken van warmte aan de bodem omvattende een in de bodem 5 te plaatsen buisleiding, alsmede een toevoer en een afvoer.The invention relates to a device for extracting heat from the bottom, comprising a pipeline to be placed in the bottom 5, as well as an inlet and an outlet.

Een dergelijke inrichting voor het onttrekken van warmte aan de bodem is bekend. Bij deze bekende inrichting wordt een buisleiding in de grond geplaatst, waarna men vervolgens met een pomp grondwater van grote diepten, dat zich op hogere 10 temperatuur bevindt, naar boven pompt, waarna men via warmte-uitwisselende oppervlakken deze warmte wint. Hierdoor is het mogelijk om gebruik makende van de temperatuur van het grondwater of van de bodem aanzienlijke kostenbesparingen te verkrijgen voor het verwarmen van gebouwen, woningen, bestratin-15 gen, vliegvelden en dergelijke.Such a device for extracting heat from the soil is known. In this known device a pipeline is placed in the ground, after which groundwater of great depths, which is at a higher temperature, is pumped upwards with a pump, after which this heat is recovered via heat-exchanging surfaces. This makes it possible to obtain considerable cost savings for heating buildings, homes, pavements, airports and the like, using the temperature of the groundwater or the soil.

Een bezwaar van deze inrichtingen is dat men grondwater aan de bodem onttrekt, welk grondwater meestal via de riolen geloosi wordt. In verband met mogelijte milieuverstoringen, streeft men er de laatste jaren naar om het onttrekken van 20 grondwater tot een minimum te beperken, zodat de bovengenoemde inrichtingen niet geschikt zijn voor het regelmatig onttrekken van warmte aan de bodem.A drawback of these devices is that groundwater is extracted from the soil, which groundwater is usually discharged via the sewers. In view of possible environmental disturbances, efforts have been made in recent years to minimize the extraction of groundwater, so that the above-mentioned installations are not suitable for the regular extraction of heat from the soil.

De laatste tijd heeft men wel voorgesteld om deze bezwaren te ondervangen door het opgepompte grondwater op een ande-25 re plaatsyna terugwinnen van warmte, in de bodem terug te brengen, maar dit stuit ook op grote bezwaren vanwege milieuverontreiniging door microben en dergelijke.Recently, it has been proposed to overcome these drawbacks by returning the pumped-up groundwater to another source of heat recovery, to return it to the soil, but this has also been met with major drawbacks due to environmental pollution by microbes and the like.

De uitvinding beoogt nu een inrichting van het bovengenoemde type te verschaffen, waarbij deze nadelen niet optreden, 30 doordat men het grondwater slechts indirekt als verwarmings- 800 4 5 13 4 -2- medium gebruikt, dat zijn warmte overdraagt aan een warmte-overdragend medium dat onafhankelijk van het grondwater gecirculeerd wordt.The object of the invention is now to provide a device of the above-mentioned type, in which these drawbacks do not occur, in that the groundwater is only used indirectly as a heating medium, which transfers its heat to a heat-transferring medium. that is circulated independently of the groundwater.

Dit oogmerk wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat 5 de inrichting volgens de uitvinding een buitenste buis met afgesloten bodem omvat, alsmede een daarbinnen concentrisch geplaatste binnenbuis, waarvan de binnenzijde in open verbinding staat met de ringvormige ruimte tussen binnen en buitenbuis, de toevoer voor warmteoverdragend medium uitmondt in resp.This object is achieved according to the invention in that the device according to the invention comprises an outer tube with a closed bottom, and an inner tube placed concentrically within it, the inner side of which is in open communication with the annular space between inner and outer tube, the supply for heat transferring medium flows into resp.

10 genoemde ringvormige ruimte ./ in de binnenbuis en de afvoer resp voor warmte-overdragend medium uitmondt in de binnenbuis/ . ae genoemde ringvormige ruimte.10 the annular space ./ in the inner tube and the outlet or for heat transfer medium discharges into the inner tube /. a. said annular space.

Bij toepassing van een dergelijke inrichting wordt het warmte-overdragend medium door een ringvormige ruimte geleid, 15 waarvan de buitenzijde iri verbinding staat met de omgevende bodem, zodat warmte uit de bodem en het grondwater overgedragen kan worden aan het warmte-overdragend medium. Dit warmte-overdragend medium wordt vervolgens door de binnenzijde van de binnenbuis afgevoerd en kan dan dienen voor verwarmingsdoelein-2Q den^hetzij door indirekte of direkte verwarming van verwarmings- installaties.When such a device is used, the heat transfer medium is passed through an annular space, the outside of which is connected to the surrounding soil, so that heat from the soil and groundwater can be transferred to the heat transfer medium. This heat transfer medium is then discharged through the inside of the inner tube and can then serve for heating purposes either by indirect or direct heating of heating installations.

Om een optimale warmteoverdracht te verkrijgen kan het gewenst zijn om het warmteoverdragend medium toe te voeren via de binnenbuis en af te voeren via de genoemde ringvormige 25 ruimte.In order to obtain an optimal heat transfer, it may be desirable to supply the heat transfer medium via the inner tube and to discharge via the said annular space.

Met bijzonder voordeel is de ringvormige ruimte voorzien van vloeistofturbulentie-opwekkende middelen, daar deze een optimale overdracht van warmte van het grondwater aan het ge-noemde^niet met het grondwater in aanraking komende, warmte-30 overdragend medium waarborgen.The annular space is particularly advantageous provided with liquid turbulence generating means, since these ensure an optimum transfer of heat from the groundwater to the said heat-transfer medium, which does not come into contact with the groundwater.

Deze vloeistofturbulentie-opwekkende middelen bestaan met voordeel uit tussenschotten die de ringvormige ruimte in ka- 800 45 13 ι ie ..These liquid turbulence generating means advantageously consist of partitions which divide the annular space in space.

-3- nalen verdelen, welke tussenschotten bij voorkeur een geheel vormen met de binnen- en buitenbuis.Divide needles, which dividers preferably form a whole with the inner and outer tube.

Bij toepassing van dergelijke tussenschotten die een geheel vormen met een binnen- en een buitenbuis, kan men gebruik 5 maken van bestaande buizen voor het vervaardigen van de inrich ting volgens de uitvinding.When using such partitions which form a whole with an inner and an outer tube, use can be made of existing tubes for manufacturing the device according to the invention.

Doelmatig vormen de tussenschotten met de ingesloten wandgedeelten van de binnenbuis-en buitenbuis kanalen met afgeronde,bij voorkeur ongeveer rond^ dwardoorsneden, waarbij 10 de dwarsdoorsnede van de kanalen doelmatig klein is ten opzich te van de dwarsdoorsnede van de totale ringvormige ruimte.Advantageously, the partitions with the enclosed wall sections of the inner tube and outer tube form channels with rounded, preferably approximately round cross sections, the cross section of the channels being expediently small compared to the cross section of the total annular space.

Op deze wijze verkrijgt men een optimale turbulente stroming in de ringvormige ruimte waar de warmteoverdracht tussen grondwater en warmte-overdragend medium plaatsvindt en een optimaal 15 behoud van warmte in het warmte-overdragend medium tijdens de verdere afvoer door de binnenzijde van de binnenbuis.In this way an optimum turbulent flow is obtained in the annular space where the heat transfer between groundwater and heat transfer medium takes place and an optimum retention of heat in the heat transfer medium during further discharge through the inner side of the inner tube.

Om warmte-overdracht tussen toegevoerd warmte-overdragend medium en afgevoerd warmte-overdragend medium van hogere temperaturen te voorkomen is doelmatig de binnenbuis voorzien 20 aan zijn binnenzijde van warmte-isolerende laag, welke warmte-isolerende laag doelmatig aan zijn einden voorzien van af-dichtingsorganen is van elastisch materiaal om inwerking van warmte-overdragend medium tussen het binnenoppervlak van de binnenbuis en het buitenoppervlak van de isolerende laag te 25 voorkomen.To prevent heat transfer between the supplied heat transfer medium and the removed heat transfer medium of higher temperatures, the inner tube is expediently provided with a heat insulating layer on its inner side, which heat insulating layer is efficiently provided with sealing members at its ends. is of elastic material to prevent the action of heat transfer medium between the inner surface of the inner tube and the outer surface of the insulating layer.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het onttrekken van warmte aan de bodem, welke werkwijze in wezen gekenmerkt is doordat men warmte-overdragend medium in turbulente stroming door een ringvormige ruimte leidt enThe invention also relates to a method for extracting heat from the ground, which method is essentially characterized in that heat-transferring medium is passed through an annular space in turbulent flow and

FF

30 vervolgens in laminaire stroming afvoert onder toepassing van30 then discharges in laminar flow using

De inrichting en werkwijze volgens de uitvinding bieden het grote voordeel dat men ook warmte terug kan winnen uit F van een inrichting volgens de uitvinding 800 4 5 13 « ·* -4- verwarmde grond, waarin zich vrijwel geen grondwater bevindt.The device and method according to the invention offer the great advantage that heat can also be recovered from F of a device according to the invention, heated soil in which there is practically no groundwater.

De warmte-isolerende laag, welke toegepast kan worden op de binnenzijde van de binnenbuis bestaat met voordeel uit ver-polyetheen- knoopt/schuim, polyurethanschuim of dergelijke, terwijl de 5 binnen-en buitenbuis met voordeel bestaan uit slagvast poly vinylchloride, doch ook polyetheen is een geschikt materiaal.The heat-insulating layer which can be applied to the inner side of the inner tube advantageously consists of polyethene cross-linked / foam, polyurethane foam or the like, while the inner and outer tube advantageously consist of impact-resistant polyvinyl chloride, but also polyethylene is a suitable material.

Wat de genoemde isolatielaag betreft, die gebruikt wordt voor het isoleren van de binnenzijde van de binnenbuis, wordt opgemerkt dat deze isolatie in het bijzonder nodig is wanneer 10 men werkt met buizen die tot een diepte van 20 tot 25 m in de bodem zijn gedreven.With regard to the said insulating layer, which is used for insulating the inside of the inner tube, it is noted that this insulation is particularly necessary when working with tubes driven into the ground to a depth of 20 to 25 m.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld met behulp van de tekening waarin: -fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm toont van de inrichting vol-15 gens de uitvinding; -fig. 2 een andere uitvoeringsvorm van een installatie volgens de uitvinding; -fig. 3 een derde uitvoeringsvorm, van een installatie volgens de uitvinding; 20 -fig. 4 een dwarsdoorsnede volgens de lijn IV-IV; en -fig. 5 een dwarsdoorsnede volgens de lijn V-V.The invention will now be elucidated on the basis of an exemplary embodiment with the aid of the drawing, in which: fig. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention; -fig. 2 another embodiment of an installation according to the invention; -fig. 3 a third embodiment of an installation according to the invention; 20-fig. 4 is a cross section taken on the line IV-IV; and -fig. 5 is a cross-section along the line V-V.

In fig. 1 is een eerste uitvoeringsvorm weergegeven van een ^inrichting volgens de uitvinding omvattende een buitenste buis 1 uit bijvoorbeeld slagvast polyvinylchloride.Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention comprising an outer tube 1 of, for example, impact-resistant polyvinyl chloride.

25 Deze buitenste buis 1 is aan zijn einde afgesloten door een kap 10 eveneens van slagvast polyvinylchloride.This outer tube 1 is closed at its end by a cap 10 also made of impact-resistant polyvinyl chloride.

De buitenste buis 1 is voorzien van een toevoer 7 voor het toevoeren van warmte-overdragend medium aan een ringvormige ruimte 3, welke gevormd is tussen de buitenste buis 1 en een 30 concentrisch binnen de binnenste buis 1 geplaatste binnenbuis 2. De vrije dwarsdoorsnede aan de buitenzijde van de buis-2 is zodanig dat het via toevoer 7 toegevoerde warmte-overdragend me- 8004513 \ «* c -5- dium aan ringvormige ruimte 3 laminair afgevoerd wordt via afvoer 9 van waaruit het warmte-overdragend medium toegevoerd kan worden aan warmte-opnemende elementen via leiding 11.The outer tube 1 is provided with a feed 7 for supplying heat transfer medium to an annular space 3, which is formed between the outer tube 1 and an inner tube 2 placed concentrically within the inner tube 1. The free cross section at the the outside of the tube-2 is such that the heat-transferring medium supplied to the annular space 3 via inlet 7 is discharged laminarly via outlet 9 from which the heat-transferring medium can be supplied to heat -incorporating elements via line 11.

Voor het vasthouden van de binnenbuis is deze binnenbuis 2 vast bevestigd in het uitstekende gedeelte 12 van een T-stuk dat op zijn beurt vastgehouden wordt ten opzichte van buitenbuis 1 door vasthoudstuk 2a in de vorm van een rubber ring.For holding the inner tube, this inner tube 2 is fixedly mounted in the protruding portion 12 of a T-piece which in turn is held relative to the outer tube 1 by holding piece 2a in the form of a rubber ring.

Om ongewenste warmte-overdracht van het warmte-overdragend medium dat warmte opgenomen heeft in de ringvormige ruimte 3 te voorkomen, kan men doelmatig binnenin de binnenbuis 2 een andere buis 14 plaatsen, en vasthouden d.m.v. afdibhtringen 5 en 5a.To prevent undesired heat transfer of the heat transfer medium which has absorbed heat in the annular space 3, it is expedient to place another tube 14 inside the inner tube 2, and hold it by means of sealing rings 5 and 5a.

De tussen binnenbuis 2 en buis 14 gevormde ruimte 15 kan desgewenst opgevuld zijn met kunststofschuimisolatie-,The space 15 formed between inner tube 2 and tube 14 can, if desired, be filled with plastic foam insulation,

In fig. 2 is een uitvoeringsvorm weergegeven die in het bijzonder de voorkeur verdient vanwege het feit dat men daarbij kan werken met in de handel verkrijgbare buizen.Fig. 2 shows an especially preferred embodiment due to the fact that it is possible to work with commercially available pipes.

De buitenbuis 1 en de binnenbuis 2, zijn hier namelijk met elkaar verenigd d.m.v. tussenschotten 16, waardoor kanalen 17 gevormd worden, zodat via toevoer 7 toegevoerd warmte-overdragend medium door deze kanalen naar beneden stroomt en via warmtewisseling met de omgevende grond verwarmd wordt. De buitenbuis 1 en de binnenbuis 2 vormen hier derhalve met de tussenschotten 16 een geheel.The outer tube 1 and the inner tube 2 are here joined together by means of partitions 16, through which channels 17 are formed, so that heat transfer medium supplied via supply 7 flows down through these channels and is heated via heat exchange with the surrounding soil. The outer tube 1 and the inner tube 2 therefore form a whole here with the partitions 16.

De kanalen 17 zijn doelmatig afgerond en bij voorkeur cirkelvormig in dwarsdoorsnede.The channels 17 are efficiently rounded and preferably circular in cross section.

De vrije dwarsdoorsnede 13 van de binnenbuis 2 is bijvoorkeur zodanig bemeten dat het warmte-overdragend medium na opname van warmte in de kanalen 17, laminair naar afvoer 9., stroomt.The free cross-section 13 of the inner tube 2 is preferably dimensioned such that the heat transfer medium flows in channels 17, laminarly to outlet 9, after heat has been absorbed.

Voor een buitenbuis 1 uit slagvast polyvinylchloride ( binnendiameter 41 mm, buitendiameter 50 mm) met zevenenveertig 800 4 5 13 w » \ -6- kanalen 17 (kanaaldiameter 2 mm) in de wand en een opbrengst aan water als warmte-overdragend medium is de toevoersnelheid 0,3 m/sec. en de afvoersnelheid. 0,03 m/sec.For an outer tube 1 of impact-resistant polyvinyl chloride (inner diameter 41 mm, outer diameter 50 mm) with forty-seven 800 4 5 13 w 6 channels 17 (duct diameter 2 mm) in the wall and a yield of water as heat transfer medium is the feed speed 0.3 m / sec. and the discharge speed. 0.03 m / sec.

Doelmatig werkt men met een T-stuk 12 waarin zich een af-5 zonderlijke afvoerleiding 18 bevindt die de afvoer 9 waarborgt en een afzonderlijke leiding 19 die de toevoer 7 vormt.A T-piece 12 is expediently used, in which there is a separate discharge pipe 18, which ensures the discharge 9, and a separate pipe 19, which forms the supply 7.

Om te voorkomen dat warmte-overdragend medium dat door de binnenzijde van binnenbuis 2 naar boven stroomt in aanraking zou komen met het toegevoerde warmte-overdragend medium is een af-10 sluiting 21 aangebracht, die eamenwerkt met een buis 20 die in verbinding staat met de afvoer 9.In order to prevent heat transfer medium flowing through the inside of inner tube 2 from coming into contact with the supplied heat transfer medium, a closure 21 is provided, which interacts with a tube 20 which communicates with the drain 9.

Figuur 3 geeft dezelfde construktie weer als in fig. 2 doch hierbij bevindt zich op de binnenzijde van de binnenbuis 2 een schuimkunststoflaag 4. Deze schuimkunststoflaag is afge-15 dekt door een andere binnenbuis 22 uit pelyetheen (16 mm bin- nendiameter en 20 mm buitendiameter) die een geheel vormt met de buis 20 en aansluit op de toevoer 7. Het toegepaste schuim is verknoopt polyetheenschuim.Figure 3 shows the same construction as in Figure 2, but there is a foam plastic layer 4 on the inside of the inner tube 2. This foam plastic layer is covered by another inner tube 22 of pelyethylene (16 mm inner diameter and 20 mm outer diameter ) which is integral with the tube 20 and connects to the supply 7. The foam used is cross-linked polyethylene foam.

Hierbij staat nu de toevoer 7 in verbinding met bin-20 nenbuis 22 en de afvoer 9 met de kanalen 17.The inlet 7 is now in communication with inner tube 22 and the outlet 9 with channels 17.

Een dergelijke uitvoeringsvorm is bijvoorbeeld zeer geschikt voor het*.winnen van warmte daar kouder grondwater, waaraan warmte onttrokken is zich door zijn grotere dichtheid door een lagere dicht-op een lager niveau, en het warmere grondwater/ zich op eerTyieid 25 hoger niveau zal verzamelen.Such an embodiment is, for example, very suitable for the extraction of heat, since colder groundwater, from which heat has been extracted, will accumulate due to its greater density due to a lower density at a lower level, and the warmer groundwater will collect at a higher level. .

Het warmte-overdragend medium komt dan eerst in aanraking met kouder grondwater en vervolgens warmer grondwater.The heat transfer medium first comes into contact with colder groundwater and then warmer groundwater.

De binnen- en buitenbuis, welke door de tussenschotten 16 met elkaar tot een geheel verenigd zijn, bestaat met voordeel 30 uit slagvast polyvinylchloride,terwijl de diameter van de buis ongeveer 50 mm bedraagt.The inner and outer tube, which are joined together by the partitions 16, advantageously consist of impact-resistant polyvinyl chloride, while the diameter of the tube is approximately 50 mm.

Deze waarde is echter op geen enkele wijze beperkend 8004513 < -7- voor de onderhavige uitvinding.However, this value is in no way limiting 8004513 <-7- for the present invention.

Voor zover in het bovenstaande sprake is van ringvormige ruimten, omvat deze vanzelfsprekend ook ruimten die niet in dwarsdoorsnede cirkelvormig zijn doch afgerond, hoekig of op 5 andere wijze uitgevoerd zijn.Insofar as the above-mentioned are annular spaces, it naturally also includes spaces which are not circular in cross-section, but which are rounded, angular or otherwise designed.

Om cisulatie van grondwater te bevorderen kan het aanbeveling verdienen om buitenbuis 1 te omgeven met een poreus medium bijvoorbeeld een laag grint 23.To promote groundwater cisulation, it may be recommended to surround outer pipe 1 with a porous medium, for example a layer of gravel 23.

800 45 13800 45 13

Claims

Device for extracting heat from the bottom, comprising a pipe to be placed in the bottom as well as a supply and a discharge, characterized in that the device comprises an outer tube (1) with a closed bottom (10) as well as an inner tube concentrically placed inner tube (2), the inside of which is in open communication with the annular space (3) between the outer and inner tube, the inlet for heat xn transfer medium opens / said annular space, respectively, in the inner tube and the outlet for heat-10 transferring medium opens into the inner tube and into said annular space, respectively.

Device as claimed in claim 1, characterized in that the annular space is provided with liquid turbulence generating means.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the annular space is divided into channels (17) by partitions (16).

Device according to claims 1-3, characterized in that the partitions (16) are integral with the inner tube (2) and outer tube (1).

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the partitions with the enclosed wall parts of the inner tube and outer tube form channels (17) with rounded, preferably approximately round cross-sections.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cross section of the channels is small relative to the cross section of the total annular space.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the inner tube (2) carries a heat-insulating layer (4) on its inner side 800 45 13 -9-τ *.

8. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the heat-insulating layer is provided at its end with sealing rings (5,5a) of elastic material.

Device as claimed in one or more of the foregoing claims, characterized in that the free cross-section of the inner tube and coating, whether or not applied thereto, leads to a laminar flow of a liquid to be guided through the inner side of the inner tube.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the outlet (9) opens into the annular space (3) and the inlet (7) into the inside of the inner tube (2).

Method for extracting heat from the soil, characterized in that an apparatus according to one or more of the preceding claims 1 to 10 800 45 13 is used.