EP1637825A2 - Intermediate heat exchanger, heat pump and cooling system - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft einen Zwischenwärmetauscher (7), insbesonders für eine Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), der zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) zur Ankopplung an einen Arbeitsmediumkreislauf, insbesondere der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) und zumindest einen Ankoppelbereich (36) für einen Wärmeträgermediumkreislauf aufweist, um Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium zu übertragen, wobei zur Wärmeübertragung zwischen dem jeweiligen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) im Zwischenwärmetauscher (7) ein Wärmetauscherfluid zirkuliert oder im Kreislauf geführt ist, wobei das Wärmetauscherfluid CO₂ ist, das zwischen dem zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) entweder selbstzirkulierend im ungezwungenen Umlauf oder gepumpt im Zwangsumlauf geführt ist (Fig. 2).

The invention relates to an intermediate heat exchanger (7), in particular for a heat pump od. Refrigeration system (20), the at least one heat exchange area (32, 34) for coupling to a working medium circuit, in particular the heat pump or. Refrigeration system (20) and at least one Ankoppelbereich (36) for a heat transfer medium circuit to transfer heat between the working medium and the heat transfer medium, wherein for heat transfer between the respective heat exchange region (32, 34) and the Ankoppelbereich (36) in the intermediate heat exchanger (7) circulates a heat exchange fluid or is circulated wherein the heat exchange fluid is CO_2, which is a heat exchange region (32, 34) and said coupling region (36) guided between the at least one selbstzirkulierend in casual circulation or pumped in forced circulation (Fig. 2).

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft einen Zwischenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Wärmepumpen- oder Kälteanlage mit zumindest einem derartigen Zwischenwärmetauscher sowie die Verwendung eines Zwischenwärmetauschers.The invention relates to an intermediate heat exchanger according to the preamble ofclaim 1. Furthermore, the invention relates to a heat pump or refrigeration system with at least one such intermediate heat exchanger and the use of an intermediate heat exchanger.

Zwischenwärmetauscher insbesondere Wärmepumpen- od. Kälteanlagen, die zwischen dem Arbeitsmediumkreislauf einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage und an einen in einen Kreislauf eines Wärmeträgermediums eingeschalteten Wärmetauscher angekoppelt sind, sind bekannt. Derartige Zwischenwärmetauscher weisen als Wärmetauscherfluid Sole oder gegebenenfalls mit Gefrierschutzmittel versehenes Wasser auf, wobei das Wärmetauscherfluid im Kreislauf geführt ist und zwischen dem angekoppelten Arbeitsmedium und dem angekoppelten Wärmeträgermedium je nach der vorliegenden Temperaturdifferenz Wärme in die eine Richtung oder in die andere Richtung überträgt.Intermediate heat exchangers, in particular heat pump or refrigeration systems, which are coupled between the working medium circuit of a heat pump or refrigeration system and to a heat exchanger connected in a circuit of a heat transfer medium, are known. Such intermediate heat exchangers have as heat exchange fluid brine or optionally with antifreeze water provided, wherein the heat exchange fluid is circulated and transfers heat between the coupled working fluid and the coupled heat transfer medium depending on the present temperature difference in one direction or in the other direction.

Der Einsatz derartiger Zwischenwärmetauscher ist vor allem dann zweckmäßig, wenn der Arbeitsmediumkreislauf vom Kreislauf des Wärmeträgermediums sicher getrennt werden soll, um z.B. das Eintreten von nicht umweltverträglichem Arbeitsmedium, wie z.B. Freon oder mit Ölen vermischten Kältemitteln, in den Kreislauf des Wärmeträgermediums zu vermeiden, das z.B. im Kreislauf geführtes Grundwasser sein kann. Des weiteren kann bei einem direkten Kontakt zwischen dem Arbeitsmediumkreislauf und dem Kreislauf des Wärmeträgermediums, z.B. aufgrund einer Beschädigung des Wärmetauschers aufgrund mechanischer Belastung oder Korrosion des Materials des Wärmetauschers, Wärmeträgermedium in den Arbeitsmediumkreislauf eindringen und die empfindlichen Kompressoren beschädigen bzw. zerstören.The use of such intermediate heat exchangers is particularly useful when the working medium circuit is to be safely separated from the circulation of the heat transfer medium to e.g. the entry of non-environmentally acceptable working medium, such as e.g. Freon or oils mixed with oils to avoid the circulation of the heat transfer medium, e.g. can be circulated groundwater. Furthermore, in the case of direct contact between the working medium circuit and the circulation of the heat transfer medium, e.g. due to damage to the heat exchanger due to mechanical stress or corrosion of the material of the heat exchanger, heat transfer medium penetrate into the working medium circuit and damage or destroy the sensitive compressors.

Schließlich sind die für Zwischenwärmetauscher eingesetzten Fluide bezüglich ihrer Kapazität zum Wärmeaustausch nicht optimal bzw. zeigen einen begrenzten Wirkungsgrad.Finally, the fluids used for intermediate heat exchangers are not optimal in terms of their capacity for heat exchange or show a limited efficiency.

Erfindungsgemäß ist ein Zwischenwärmetauscher, mit dem die vorangehend angeführten Nachteile weitgehend vermieden werden können, durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale charakterisiert. Eine erfindungsgemäße Wärmepumpen- od. Kälteanlage ist durch die Merkmale des Anspruches 14 charakterisiert.According to the invention, an intermediate heat exchanger, with which the above-mentioned disadvantages can be largely avoided, characterized by the features mentioned in the characterizing part ofclaim 1. A heat pump or refrigeration system according to the invention is characterized by the features ofclaim 14.

Kohlendioxid kann ohne weiteres in den Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage eintreten, ohne dass dadurch Beschädigungen der Kompressoren eintreten bzw. eine aufwendige Reinigung des Arbeitsmediumkreislaufes erforderlich wird. Tritt CO₂ in den Kreislauf des Wärmeträgermediums ein, so wird dieser nicht beschädigt bzw. ist CO₂ nicht als umweltschädlich einzustufen. Darüber hinaus besitzt CO₂ beste Wärmeträgereigenschaften, die insbesondere dann optimal eingesetzt werden können, wenn die Merkmale des Anspruches 2 verwirklicht sind. Das Funktionsprinzip von Heat-pipes und Thermosiphonen ist bekannt.Carbon dioxide can easily enter into the working medium circuit of the heat pump or refrigeration system, without damaging the compressors or causing costly cleaning of the working medium circuit. If CO₂ enters the circulation of the heat transfer medium, it will not damaged or CO_{2 is} not classified as harmful to the environment. In addition, CO_{2 has} best heat transfer properties, which can be optimally used, in particular, when the features ofclaim 2 are realized. The functional principle of heat pipes and thermosyphons is well known.

Sofern die Merkmale des Anspruches 3 verwirklicht sind, so ist keine externe Energiezufuhr erforderlich, um das CO₂ zwischen dem Ankoppelbereich des Wärmetauschermediums bzw. -fluids und dem Wärmetauschbereich des Arbeitsmediumkreislaufes der Wärmepumpen- od. Kälteanlage im Kreis zu führen. Die durch das Verdampfen bzw. Kondensieren von CO₂ dem Wärmetausch zur Verfügung stehenden Enthalpien werden dann vorteilhaft genutzt, wenn die Merkmale des Anspruches 4 verwirklicht werden. Im unteren Bereich des Behälters liegt flüssiges CO₂ vor, das zum Verdampfen bereit ist und im Behälter nach oben steigt; im oberen Bereich des Behälters wird dem gasförmigen CO₂ Wärme entzogen und dieses kondensiert und fällt in Form von Tröpfchen in den Flüssigbereich zurück. Es liegt ein Kreislauf von verdampfendem und kondensierendem CO₂ vor.If the features ofclaim 3 are realized, then no external power supply is required in order to circulate the CO₂ between the coupling region of the heat exchanger medium or fluid and the heat exchange region of the working medium circuit of the heat pump or refrigeration system. The enthalpies available for the heat exchange by the evaporation or condensation of CO₂ are then used to advantage when the features ofclaim 4 are realized. In the lower part of the container liquid CO_{2 is} present, which is ready for evaporation and rises in the container to the top; In the upper region of the container, heat is withdrawn from the gaseous CO₂ and this condenses and falls back into the liquid region in the form of droplets. There is a cycle of evaporating and condensing CO₂ .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Merkmale des Patentanspruches 5 verwirklicht. Es ist damit möglich, dem kondensierten, in flüssiger Form im unteren Bereich des Behälters vorliegenden CO₂ von einer Wärmequelle Wärme zuzuführen und CO₂ zu verdampfen; diese zugeführte Wärme kann mit dem Wärmeträgermedium zu einer Wärmesenke abgeleitet werden. Insbesondere wird vom Kondensator der Wärmepumpen- oder Kälteanlage die Wärme abgezogen. An den Verdampfer der Wärmepumpen- od. Kälteanlage ist in diesem Fall ein Kühlkreislauf oder ein Kreislauf mit Grundwasser angeschlossen werden, der als Wärmequelle fungiert bzw. vom zu kühlenden Objekt bzw. vom Grundwasser Wärme heranfördert.In a preferred embodiment, the features ofclaim 5 are realized. It is thus possible to supply heat to the condensed CO₂ present in liquid form in the lower region of the container from a heat source and to evaporate CO₂ ; this supplied heat can be dissipated with the heat transfer medium to a heat sink. In particular, the heat is removed from the condenser of the heat pump or refrigeration system. In this case, a cooling circuit or a circuit with groundwater, which acts as a heat source or conveys heat from the object to be cooled or from the groundwater, is connected to the evaporator of the heat pump or refrigeration system.

Es ist aber auch möglich, dass der Verdampfer der Wärmepumpen- od. Kälteanlage zum Wärmetausch an den obenliegenden Gasbereich des CO₂-Kreislaufes angekoppelt ist und dort Wärme abzieht. In diesem Fall kondensiert dort befindliches gasförmiges CO₂ schneller und tritt in den Ankoppelbereich des Wärmeträgermediums und nimmt von diesem Wärme auf, während es in den untenliegenden Flüssigbereich des CO₂ abtropft. Auf diese Weise wird dem Verdampfer der Wärmepumpen- od. Kälteanlage Wärme zugeführt, die an einen Heizkreislauf abgegeben werden kann.But it is also possible that the evaporator of the heat pump od. Refrigeration system is coupled for heat exchange to the overhead gas area of the CO₂ -Kreislaufes and subtracts heat there. In this case, there located gaseous CO₂ faster condenses and enters the Ankoppelbereich the heat transfer medium and absorbs heat from this while it drips into the underlying liquid region of CO₂ . In this way, heat is supplied to the evaporator of the heat pump or refrigeration system which can be delivered to a heating circuit.

Die Ausbildung der Anschlüsse bzw. Wärmetauscher durch die das Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage bzw. das Wärmeträgermedium geleitet werden, können beliebige Form und Größe besitzen. Vorteilhafterweise sind mehrere derartige Wärmetauscher im jeweiligen Wärmetauschbereich parallel zueinander angeordnet, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu erreichen. Diese Wärmetauscher können in Form von Platten, Rohren, Windungen oder anderen Aufbau aufweisenden Wärmetauschern verwirklicht werden.The design of the connections or heat exchangers through which the working medium of the heat pump or refrigeration plant or the heat transfer medium are conducted can have any shape and size. Advantageously, a plurality of such heat exchangers are arranged parallel to one another in the respective heat exchange region in order to achieve the best possible heat transfer. These Heat exchangers may be realized in the form of plates, pipes, coils or other heat exchangers having structure.

Von Vorteil sind die Merkmale des Anspruches 7, da damit ein guter Wärmeübergang und eine gute Trennung des CO₂ vom Wärmeträgermedium, mit dem das CO₂ in Wärmeaustausch steht, erreicht werden.Advantageous are the features ofclaim 7, since thus a good heat transfer and a good separation of the CO₂ from the heat transfer medium with which the CO_{2 is} in heat exchange, can be achieved.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 9 wird ein rohrförmiger Behälter mit einer im wesentlichen vertikal ausgerichteten Achse in drei übereinander liegende Bereiche unterteilt, und zwar einen mittleren Ankopplungsbereich, durch den bzw. in dem das Wärmeträgermedium geführt ist, wobei oberhalb des Ankopplungsbereiches der Verdampfungsbereich des CO₂ an den verdampferseitigen Kreislauf für das Arbeitsmedium und/oder unterhalb des Ankoppelbereiches der Bereich mit flüssigem CO₂, an den der kondensatseitigen Kreislauf des Arbeitsmediums der Wärmepumpen- od. Kälteanlage angekoppelt ist.According to the features ofclaim 9, a tubular container having a substantially vertically aligned axis is divided into three superimposed areas, namely a central coupling region through which or in which the heat transfer medium is guided, wherein above the coupling region of the evaporation region of CO₂ to the evaporator side circuit for the working fluid and / or below the Ankoppelbereiches the area with liquid CO₂ to which the condensate side circuit of the working medium of the heat pump od. Refrigeration system is coupled.

Ein derartiger, einen mittleren Ankopplungsbereich aufweisender Zwischenwärmetauscher, bei dem unterhalb und oberhalb entsprechende Wärmetauschbereiche für verdampferseitiges oder kondensatorseitiges Arbeitsmedien ausgebildet sind, kann im Betrieb der Wärmepumpen- od. Kälteanlage je nach Bedarf entweder an einen kondensatorseitig vorgesehenen Wärmetauscher des Arbeitsmediumkreislaufes oder an einen verdampferseitig vorgesehenen Wärmetauscher des Arbeitsmediumkreislaufes angeschlossen werden, um somit entsprechende Wärme- oder Kühlleistungen zur Verfügung stellen zu können.Such an intermediate coupling region exhibiting intermediate heat exchanger, in which below and above corresponding heat exchange areas for evaporator side or condenser side working media are formed, during operation of the heat pump od. Refrigeration as needed either to a condenser side provided heat exchanger of the working medium circuit or to a heat exchanger provided on the evaporator side be connected to the working medium circuit in order to provide appropriate heat or cooling power available.

Von besonderem Vorteil ist ein Zwischenwärmetauscher gemäß Anspruch 10. Dieser Zwischenwärmetauscher besitzt einen optimalen Wirkungsgrad und ist einfach herstellbar und betriebssicher. Besonders einfach sind die Herstellung und der Aufbau eines derartigen Zwischenwärmetauschers, wenn die Merkmale des Anspruches 11 erfüllt sind. Die Ankopplung an den kondensatorseitigen oder verdampferseitigen Kreislauf des Kühlmittels der Wärmepumpen- od. Kälteanlage erfolgt über die in innigen Kontakte mit den Rohren stehenden Gieß- oder Pressmassen, die einen hervorragenden Wärmeübergang gewährleisten. Da jedes der mit CO₂ gefüllten Rohre das Funktionsprinzip einer Heat-pipe erfüllt, ist gewährleistet, dass eine optimale Wärmeübertragung zwischen den Wärmetauschbereichen und dem Ankoppelbereich vorliegt. Darüberhinaus sind die einzelnen Rohre Wartungsarbeiten einfach zugänglich und bei Funktionsstörung eines Rohres können die übrigen Rohre ihre Funktion weiter ausführen, was bei einem integralen Behälter nicht möglich ist.Of particular advantage is an intermediate heat exchanger according toclaim 10. This intermediate heat exchanger has an optimum efficiency and is easy to prepare and reliable. Particularly simple are the production and the construction of such an intermediate heat exchanger, if the features ofclaim 11 are met. The coupling to the condenser-side or evaporator-side circuit of the coolant of the heat pump od. Refrigeration system via the standing in intimate contact with the tubes casting or molding compounds, which ensure excellent heat transfer. Since each of the pipes filled with CO₂ fulfills the function principle of a heat-pipe, it is ensured that an optimum heat transfer between the heat exchange regions and the coupling region is present. In addition, the individual pipes maintenance work easily accessible and in case of malfunction of a pipe, the remaining tubes can continue to perform their function, which is not possible with an integral container.

Bei einer alternativen Ausführungsform des Zwischenwärmetauschers können die Merkmale des Anspruches 13 verwirklicht sein. Durch den Zwangsumlauf des CO₂ mittels einer Pumpe kann die Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmediumkreislauf und dem Kreislauf des Wärmeträgermediums optimiert werden. Es ist in diesem Fall auch nicht unbedingt erforderlich, den Behälter als Heat-pipe auszubilden. Es genügt, das flüssige CO₂ durch den Ankoppelbereich für das Wärmeträgermedium zu pumpen und abzuwarten, dass das verdampfte CO₂ nach seiner Abkühlung abtropft, um es wieder in den Kreislauf des Wärmetauscherfluids einzupumpen.In an alternative embodiment of the intermediate heat exchanger, the features ofclaim 13 can be realized. Due to the forced circulation of CO₂ by means of a pump, the heat transfer between the working medium circuit and be optimized the circulation of the heat transfer medium. It is not necessary in this case, to form the container as a heat-pipe. It is sufficient to pump the liquid CO₂ through the Ankoppelbereich for the heat transfer medium and to wait for the evaporated CO₂ drips after cooling, to pump it back into the circulation of the heat exchange fluid.

Auch bei dieser Ausführungsform ist der Kreislauf für das CO₂ vorteilhafterweise vertikal ausgerichtet.Also in this embodiment, the circuit for the CO_{2 is} advantageously oriented vertically.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt schematisch den Arbeitsmedium- bzw. Kältemittelkreislauf einer an sich bekannten Wärmepumpen- od. Kälteanlage. Fig. 2 zeigt schematisch den verdampferseitigen Arbeitsmedium- bzw. Kältemittelkreislauf einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit einem eingeschalteten erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauscher. Fig. 3 bis 5 zeigen schematisch den Arbeitsmediumkreislauf einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauschern. Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauschern.Fig. 1 shows schematically the Arbeitsmedium- or refrigerant circuit of a known heat pump od. Refrigeration system. 2 schematically shows the evaporator-side working medium or refrigerant circuit of a heat pump or refrigeration system according to the invention with a switched intermediate heat exchanger according to the invention. 3 to 5 show schematically the working medium circuit of a heat pump according to the invention od. Refrigeration system with intermediate heat exchangers according to the invention. FIGS. 6, 7, 8 and 9 show embodiments of intermediate heat exchangers according to the invention.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 mit einem Arbeitsmedium- bzw. Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor 1, einen Kondensator 2, ein Expansionsventil 3 und einen Verdampfer 4 umfasst. Der Kondensator bzw. Kondensatorkreislauf 2 ist mit einem Wärmetauscher 31 an einen Kreislauf 5 eines Wärmeträgermediums, z.B. Wasser, angekoppelt, mit dem eine Heizungsanlage versorgt werden kann. Der Verdampfer bzw. Verdampferkreislauf 4 ist mit einem Wärmetauscher 30 an einen Kreislauf 6 eines Wärmeträgermediums angekoppelt, z.B. an ein Grundwasserreservoir, das an den Verdampfer 4 bzw. das Arbeitsmedium Wärme abgibt.1 schematically shows a heat pump orrefrigeration plant 20 with a working medium or refrigerant circuit comprising acompressor 1, acondenser 2, anexpansion valve 3 and anevaporator 4. Thecondenser circuit 2 is connected to aheat exchanger 31 to acircuit 5 of a heat transfer medium, e.g. Water, coupled, with which a heating system can be supplied. The evaporator orevaporator circuit 4 is coupled with aheat exchanger 30 to acircuit 6 of a heat transfer medium, e.g. to a groundwater reservoir, which emits heat to theevaporator 4 and the working medium.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Zwischenwärmetauscher 7, wie er zum Wärmeaustausch allgemein zwischen die Kreisläufe 4, 6 und/oder 2, 5 eingesschaltet werden kann. Das Wärmeträgerfluid des Zwischenwärmetauschers 7 wird in diesem im Kreislauf geführt bzw. zirkuliert und überträgt Wärme zwischen den jeweiligen Kreisläufen 4 und 6, so wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. In gleicher Weise überträgt ein weiterer Wärmetauscher 7 Wärme zwischen den Kreisläufen 2 und 5. Bei Kälteanlagen wird der Zwischenwärmetauscher 7 im Verdampferkreislauf 4 angeordnet, nur eine Ankopplung an das Wärmeträgermedium der Wärmequelle zu erhalten. Wie in Fig. 3 angedeutet, kann eine Wärmeaufnahme aus dem Grundwasser erfolgen. Bei einem Einsatz für Heizanlagen erfolgt eine Anordnung des Zwischenwärmetauschers im Kondensatorkreislauf 2, um eine Ankopplung an das Wärmeträgermedium der Wärmesenke zu erhalten. Wie in Fig. 4 angedeutet, kann eine Wärmeabgabe an einen Heizkreislauf erfolgen.Fig. 2 shows schematically anintermediate heat exchanger 7, as it can be generally switched for heat exchange between thecircuits 4, 6 and / or 2, 5. The heat transfer fluid of theintermediate heat exchanger 7 is circulated in this and circulates and transfers heat between therespective circuits 4 and 6, as shown schematically in Fig. 2. In the same way, another heat exchanger 7 transfers heat between thecircuits 2 and 5. In refrigeration systems, theintermediate heat exchanger 7 is arranged in theevaporator circuit 4, to obtain only a coupling to the heat transfer medium of the heat source. As indicated in Fig. 3, a heat absorption can take place from the groundwater. When used for heating systems, an arrangement of the intermediate heat exchanger takes place in thecondenser circuit 2 in order to obtain a coupling to the heat transfer medium of the heat sink. As indicated in FIG. 4, heat can be released to a heating circuit.

Prinzipiell könnte das Wärmetauscherfluid im Zwischenwärmetauscher 7 mittels einer Pumpe 8 im Kreislauf zwangsläufig gefördert werden. Vorteilhafterweise wird dabei von der Pumpe 8 flüssiges CO₂ gefördert, das dadurch in Kontakt mit dem Wärmeträgermedium in Wärmeübertragungskontakt gebracht und erwärmt bzw. verdampft wird. Das verdampfte CO₂ tritt sodann in Kontakt mit dem Verdampferkreislauf 4, gibt an diesen Wärme ab, wird dadurch verflüssigt und gelangt wieder in den Bereich des verflüssigten CO₂.In principle, the heat exchanger fluid in theintermediate heat exchanger 7 could be conveyed by means of apump 8 in the circulation inevitably. Advantageously, liquid CO_{2 is} conveyed by thepump 8, which is thereby brought into contact with the heat transfer medium in heat transfer contact and heated or vaporized. The vaporized CO₂ then enters into contact with theevaporator circuit 4, releases heat therefrom, is thereby liquefied and returns to the area of the liquefied CO₂ .

Ein entsprechender Transport des Wärmetauscherfluids könnte auch aufgrund von Kapillarwirkungserfolgen, z.B. durch Anordnung von Filzbahnen, die flüssiges CO₂ leiten.A corresponding transport of the heat exchange fluid could also be due to Kapillarwirkungserfolgen, eg by arranging felt webs, the liquid CO₂ conduct.

Vorteilhafterweise ist der Zwischenwärmetauscher 7 in Form eines aufrecht stehenden Wärmetauschers ausgebildet, der im unteren Bereich den CO₂-Flüssigbereich und in seinem oberen Bereich den gasförmigen Bereich des CO₂ aufweist.Advantageously, the intermediate heat exchanger is in the form of anupright heat exchanger 7, and the in its upper region has at the bottom of the CO₂ -Flüssigbereich the gaseous portion of the CO_2.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 mit einem Zwischenwärmetauscher 7, der als Thermosiphon oder Heat-pipe ausgebildet ist. Der Wärmetausch zwischen dem verdampferseitigen Arbeitsmediumkreislauf 4 bzw. dem Wärmetauscher 4 und dem Kreislauf 6 des Wärmeträgermediums der Wärmequelle bzw. des von diesem durchflossenen Wärmetauschers 6 erfolgt über den(die) in Gebrauchslage vorteilhafterweise vertikal angeordnete(n) Thermosiphon oder Heat-pipe 7. Prinzipiell ist es auch möglich, liegende oder geneigt angeordnete Heat-pipes oder auch andere Formen von Heat-pipes, z.B. mittels Kapillarwirkung das CO₂ transportierende bzw. rückleitende Heat-pipes, einzusetzen; in der Praxis haben sich vor allem ein Thermosiphon bzw. eine vertikal stehende Heat-pipe bewehrt.Fig. 3 shows schematically an embodiment of a heat pump od.Refrigeration system 20 with anintermediate heat exchanger 7, which is designed as a thermosiphon or heat pipe. The heat exchange between the evaporator-side workingmedium circuit 4 and theheat exchanger 4 and thecircuit 6 of the heat transfer medium of the heat source or of theheat exchanger 5 which flows through it takes place via the thermosiphon orheat pipe 7, which is advantageously arranged vertically in the position of use it is also possible, horizontal or inclined arranged heat-pipes or other forms of heat-pipes, for example, by capillary action, the CO₂ transporting or back conductive heat-pipes to use; In practice, a thermosyphon or a vertical heat pipe have been the main reinforcement.

Im unteren Bereich 9 der Heat-pipe 7 befindet sich im Betrieb flüssiges CO₂; im oberen Bereich 10 der Heat-pipe 7 befindet sich im Betrieb gasförmiges CO₂. Sofern durch entsprechende Wärmezufuhr durch das Wärmeträgermedium des Kreislaufes 6 das im unteren Bereich 9 befindliche CO₂ im Ankoppelbereich 36 erwärmt wird, verdampft dieses und steigt auf und gerät im Wärmetauschbereich 34 in Kontakt mit dem Wärmetauscher des Kreislaufes 4, der vom verdampferseitigen Arbeitsmedium des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 durchströmt wird. Das Arbeitsmedium entzieht dem Wärmetauscherfluid, d.h. dem CO₂, Wärme, dass dieses kondensiert und in den unteren Bereich 9 abtropft.In thelower region 9 of theheat pipe 7 is in operation liquid CO₂ ; in theupper region 10 of theheat pipe 7 is in operation gaseous CO₂ . Provided that the CO₂ contained in thelower part 9 is heated in thecoupling region 36 by a corresponding heat supply by the heat transfer medium of thecircuit 6, vaporizes this and rises and falls inheat exchange region 34 in contact with the heat exchanger of thecircuit 4, of the evaporator side working medium of the refrigerant circuit of the Heat pump od.Refrigeration system 20 is flowed through. The working medium extracts heat from the heat exchanger fluid, ie the CO₂ , that this condenses and drips into thelower region 9.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Zwischenwärmetauschers bzw. einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20, bei der der Kondensatorkreislauf 2 an den Kreislauf 5 eines Wärmeträgermediums der Wärmesenke über einen Thermosiphon bzw. eine Heat-pipe 7 angekoppelt ist. Das im unteren Bereich 9 der Heat-pipe 7 befindliche flüssige CO₂ wird im Wärmetauschbereich 32 erwärmt und verdampft; im oberen Bereich 10 der Heat-pipe 7 wird dem gasförmigen CO₂ vom Wärmeträgermedium des Kreislaufes 5 Wärme entnommen und das CO₂ kondensiert. Das CO₂ tropft aus dem oberen Bereich 10 in den unteren Bereich ab und steht für eine weitere Verdampfung zur Verfügung. Im Falle des Einsatzes eines Thermosiphons oder einer Heat-pipe 7 erfolgt der Umlauf des CO₂ durch das unterschiedliche Gewicht von flüssigem CO₂ und gasförmigem CO₂ oder durch Kapillarwirkung.4 shows an embodiment of an intermediate heat exchanger or a heat pump orrefrigeration system 20, in which thecondenser circuit 2 is coupled to thecircuit 5 of a heat transfer medium of the heat sink via a thermosiphon or aheat pipe 7. The located in thelower part 9 of theheat pipe 7 liquid CO₂ is heated in theheat exchange region 32 and evaporated; In theupper region 10 of theheat pipe 7, heat is taken from the gaseous CO₂ from the heat transfer medium of thecircuit 5 and the CO_{2 is} condensed. The CO₂ leaks from theupper portion 10 in the lower region from and represents a further evaporation available. In the case of the use of a thermosyphon or aheat pipe 7, the circulation of CO_{2 is carried out} by the different weight of liquid CO₂ and gaseous CO₂ or by capillary action.

Der vorgesehenen Zwischenwärmetauscher 7 trennt physikalisch bzw. mechanisch die Wärmetauscherabschnitte bzw. Kreisläufe 4 und 6 bzw. 2 und 5, sodass das Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit Sicherheit nicht in Kontakt mit dem Wärmeträgermedium der Wärmequelle oder Wärmesenke bzw. von Heiz- bzw. Kühlkreisläufen gelangt.The envisagedintermediate heat exchanger 7 physically or mechanically separates the heat exchanger sections orcircuits 4 and 6 or 2 and 5 so that the working medium of the heat pump or refrigeration system is certainly not in contact with the heat transfer medium of the heat source or heat sink or of heating or heating Cooling circuits passes.

Die Heat-pipe 7 wird entsprechend dimensioniert bzw. lang ausgestaltet, so dass ein ausreichender Abstand vorliegt. Auf jedem Fall wird vermieden, dass die Kreisläufe 2 bzw. 5 und 4 bzw. 6 in ein und demselben Wärmetauscher ausgebildet sind bzw. dass diese Wärmetauscher eng miteinander gekoppelt sind, sodass eine Vermischung von Arbeitsmedium und Wärmetauscherfluid im Schadensfall mit Sicherheit vermieden wird.The heat-pipe 7 is dimensioned accordingly or made long, so that there is a sufficient distance. In any case, it is avoided that thecircuits 2 or 5 and 4 or 6 are formed in the same heat exchanger or that these heat exchangers are closely coupled with each other, so that a mixing of working fluid and heat exchange fluid in case of damage is avoided with certainty.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage, bei der Arbeitsmediumkreislauf sowohl kompressorseitig als auch verdampferseitig der Arbeitsmediumkreislauf jeweils über Zwischenschaltung einer Heat-pipe 7 an entsprechende Wärmetauscher der Kreisläufe bzw. Wärmetauscher 5 und 6 für ein Wärmeträgermedium angeschlossen sind, mit denen kompressorseitig Wärme entnommen bzw. verdampferseitig Wärme zugeführt werden kann.FIG. 5 shows a preferred embodiment of a heat pump or refrigeration system in which the working medium circuit is connected to corresponding heat exchangers of the circuits orheat exchangers 5 and 6 for a heat transfer medium both on the compressor side and on the evaporator side via aheat pipe 7 which heat taken from the compressor side or heat can be supplied to the evaporator side.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird der Zwischenwärmetauscher von einer Heat-pipe gebildet, die einen Behälter 11 mit einem unteren Bereich 9 für flüssiges CO₂ und einen oberen Bereich 10 für gasförmiges CO₂ umfasst, welche Bereiche 9, 10, insbesondere in den untersten und obersten Endbereichen dieses in Gebrauch aufrecht bzw. vertikal stehenden Behälters 11 ausgebildet sind. Der obere Bereich des Behälters 11 ist mit Anschlüssen 13 versehen, die an den verdampferseitigen Kreislauf 4 der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen sind und im Wärmetauschbereich 34 das verdampferseitige Arbeitsmedium über eine Anzahl von Windungen 14 durch den oberen Bereich 10 des Behälters 11 hindurchführen. Unterhalb dieses Wärmetauschers 14 befindet sich ein Wärmetauschbereich 36 für das Wärmeträgermedium. Der Kreislauf 6 des Wärmetauschmediums umfasst einen Wärmetauscher mit einer Anzahl von vertikal angeordneten Rohren 15, die zwischen zwei Lochplatten 16 verlaufen. Zwischenplatten 17 ermöglichen einen kaskadenartigen Durchtritt für das Wärmeträgermedium, mit dem das im unteren Bereich 9 befindliche flüssige CO₂ bzw. allenfalls kondensierendes CO₂ erwärmt wird. Der Behälter 11 stellt eine Heat-pipe 7 dar, in der in dem Wärmetauscherbereich 34 und dem Ankoppelbereich 36 eine entsprechende Wärmebeaufschlagung des oder eine entsprechende Wärmeabfuhr vom CO₂ erfolgt. Durch die Vielzahl der vorhandenen Rohre 15 besteht ein guter Wärmeübergang zwischen dem CO₂ und dem Wärmeträgermedium, das über die Anschlüsse 18 zu- und abgeleitet wird.In the embodiment according to FIG. 6, the intermediate heat exchanger is formed by a heat pipe, which comprises acontainer 11 with alower region 9 for liquid CO₂ and anupper region 10 for gaseous CO₂ , whichregions 9, 10, in particular into the bottom and top end portions of this in use upright or vertical standingcontainer 11 are formed. The upper region of thecontainer 11 is provided withconnections 13 which are connected to the evaporator-side circuit 4 of the heat pump orrefrigeration system 20 and in theheat exchange region 34 pass the evaporator-side working medium through theupper region 10 of thecontainer 11 over a number ofturns 14. Below thisheat exchanger 14 is aheat exchange region 36 for the heat transfer medium. Thecircuit 6 of the heat exchange medium comprises a heat exchanger with a number of vertically arrangedtubes 15 extending between twoperforated plates 16.Intermediate plates 17 allow a cascade-like passage for the heat transfer medium, with which the located in thelower region 9 liquid CO₂ or possibly condensing CO₂ is heated. Thecontainer 11 constitutes aheat pipe 7, in which in theheat exchanger region 34 and thecoupling region 36, a corresponding heat application of the or a corresponding heat removal from the CO₂ takes place. Due to the large number of existingtubes 15 there is a good heat transfer between the CO₂ and the heat transfer medium, which is supplied and discharged via theterminals 18.

Fig. 7 zeigt einen Zwischenwärmetauscher in Form einer Heat-pipe 7, der im wesentlichen einen auf den Kopf gestellten Zwischenwärmetauscher gemäß Fig. 6 entspricht. Allerdings sind die Anschlüsse 13 nunmehr kondensatorseitig an die Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen und durch das in diesem Fall relativ wärmere Kältemittel der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 wird das im unteren Bereich 9 befindliche CO₂ zum Verdampfen gebracht. Mit dem über die Anschlüsse 18 zugeführten Wärmeträgermedium wird dem verdampften CO₂ Wärme entzogen, sodass dieses wieder kondensiert. Der durch einen Wärmetauscher 6 ausgebildete Ankoppelbereich 36 an den als Heat-pipe funktionierenden Behälter 11 liegt oberhalb des Wärmetauschbereiches 32 bzw. der Windungen 14 dieses kondensatorseitig an die Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen Wärmetauschers.Fig. 7 shows an intermediate heat exchanger in the form of aheat pipe 7, which essentially corresponds to an upside down intermediate heat exchanger according to FIG. 6. However, theconnections 13 are now connected to the heat pump orcooling system 20 on the condenser side, and the CO₂ which is located in thelower region 9 is caused to evaporate due to the relatively heat-generating refrigerant of the heat pump orrefrigeration system 20 in this case. With the heat transfer medium supplied via theconnections 18, heat is withdrawn from the evaporated CO₂ , so that it condenses again. The trained by aheat exchanger 6Ankoppelbereich 36 to the functioning as a heat-pipe container 11 is above theheat exchange region 32 and thewindings 14 of this condenser side of the heat pump od.Refrigeration 20 connected heat exchanger.

In derartigen Behältern 11 wird ein Druck von etwa 60 bis 100 bar aufrechterhalten, bei einer Temperatur von 40 bis 50°. In diesem Bereich besitzt eine Heat-pipe für CO₂ einen für die vorliegenden Zwecke bestens geeigneten Wirkungsgrad.Insuch containers 11, a pressure of about 60 to 100 bar is maintained, at a temperature of 40 to 50 °. In this area, a heat pipe for CO_{2 has} a very suitable for the present purpose efficiency.

Die Rohre 15 des Wärmetauschers im Ankopplungsbereich 36 liegen vorteilhafterweise parallel und enden mit Lochplatten 16. Damit wird ein stabiler, einfach herzustellender Baukörper erstellt, in dem das Wärmeträgermedium, vorteilhafterweise Wasser, zirkuliert, während durch die Rohre das CO₂ im Umlauf bzw. im Gegenstrom zirkuliert.Thetubes 15 of the heat exchanger in thecoupling region 36 are advantageously parallel and end withperforated plates 16. Thus, a stable, easy-to-produce structure is created in which the heat transfer medium, advantageously water, circulates, while passing through the tubes, the CO₂ in circulation or in countercurrent circulated.

Im wesentlichen sind die Zwischenwärmetauscher gemäß Fig. 6 und Fig. 7 gleich aufgebaut; im Gebrauch befindet sich der Ankoppelbereich 36 bei Ankopplung an den Verdampferkreislauf der Wärmepumpen- od.Kälteanlage unterhalb der Anschlüsse bzw. unterhalb des an den Verdampferkreislauf angeschlossenen Wärmetauschers und bei Anschluss an einen Kondensatorkreis einer Wärmepumpen- od.Kälteanlage oberhalb der Anschlüsse bzw. des kondensatorseitigen Wärmetauschers.In essence, the intermediate heat exchangers according to FIG. 6 and FIG. 7 have the same structure; In use, thecoupling region 36 is at coupling to the evaporator circuit of the heat pump od.Kälteanlage below the terminals or below the heat exchanger connected to the evaporator circuit and when connected to a condenser circuit of a heat pump od.Kälteanlage above the terminals or the condenser side heat exchanger ,

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Zwischenwärmetauschers in Form einer Heat-pipe 7, die von dem Behälter 11 gebildet wird. Der Ankoppelbereich 36 des Wärmeträgermediums liegt unterhalb von Windungen 14 des Wärmetauschers des Wärmetauschbereiches 34 (Wärmequelle), der an den verdampferseitigen Kreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen ist. Unterhalb des Ankoppelbereiches 36 befindet sich der Wärmetauschbereich 32 (Wärmesenke), dessen Windungen 14 bzw. Wärmetauscher mit den Anschlüssen 13 kompressorseitig an den Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 angeschlossen sind. Je nach Bedarf bzw. Einsatzzweck der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 kann nunmehr eine Ankopplung des Arbeitsmedium im Wärmetauschbereich 34 oder im Wärmetauschbereich 32 an den Ankoppelbereich 36 erfolgen.Fig. 8 shows an embodiment of an intermediate heat exchanger in the form of aheat pipe 7, which is formed by thecontainer 11. Thecoupling region 36 of the heat transfer medium is belowwindings 14 of the heat exchanger of the heat exchange region 34 (heat source), which is connected to the evaporator side circuit of the heat pump od.Refrigeration system 20. Below theAnkoppelbereiches 36 is the heat exchange region 32 (heat sink) whose turns 14 and Heat exchangers with theterminals 13 on the compressor side to the working medium circuit of the heat pump od.Refrigeration system 20 are connected. Depending on the need or intended use of the heat pump orrefrigeration system 20, a coupling of the working medium in theheat exchange region 34 or in theheat exchange region 32 to thecoupling region 36 can now take place.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines Zwischenwärmetauschers, bei der eine Mehrzahl von abgeschlossenen, langgestreckten Rohren 25 nebeneinander, insbesondere paralell zueinander angeordnet sind. Diese Rohre sind mit CO₂ gefüllt. Der Druck des CO₂ beträgt etwa 40 bis 80 bar. Diese Rohre 25 sind in ihrem oberen als Wärmetauschbereich 34 (Wärmesenkenankopplung) fungierenden Bereich mit einer Pressmasse oder Gießmasse 19 verpresst bzw. vergossen, in welcher Press- bzw. Gießmasse 19 Leitungen bzw. Windungen 14 von zumindest einem Wärmetauscher enthalten sind, welche die Wärmetauschfunktion für den verdampferseitigen Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 im Wärmetauschbereich 34 ausüben.9 shows an embodiment of an intermediate heat exchanger, in which a plurality of closed,elongated tubes 25 are arranged side by side, in particular parallel to one another. These tubes are filled with CO₂ . The pressure of the CO₂ is about 40 to 80 bar. Thesepipes 25 are in their upper as a heat exchange region 34 (heat sink coupling) acting area pressed or potted with a molding compound ormolding compound 19, in which molding or castingcompound 19 lines orwindings 14 of at least one heat exchanger are included, which the heat exchange function for exert the evaporator-side working medium circuit of the heat pump od.Refrigeration system 20 in theheat exchange region 34.

Im unteren Teil der Rohre 25 werden diese in einem Wärmetauschbereich (Wärmequellenankopplung) 32 von Press- oder Gießmassen 19 umschlossen, welche Press- bzw. Gießmassen 19 die entsprechenden Leitungen bzw. Windungen 14 von zumindest einem Wärmetauscher zum Wärmetausch mit kondensatorseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage 20 enthalten.In the lower part of thetubes 25, these are enclosed in a heat exchange region (heat source coupling) 32 of molding or castingcompounds 19, which molding or castingcompounds 19 the corresponding lines orwindings 14 of at least one heat exchanger for heat exchange with condensate-side working medium of the heat pumpod Refrigeration system 20 included.

Die Press- bzw. Gießmassen sind gut wärmeleitend, sodass der Wärmeaustausch zwischen den Rohren 25 und den vom Arbeitsmedium durchströmten Leitungen bzw. Wärmetauschern gut erfolgen kann. Im mittleren Bereich der zusammengefassten Rohre 25 befindet sich der Ankoppelbereich 36 zum Ankoppeln des Wärmeträgermediums. An sich kann auch der Ankoppelbereich 36 mit Gieß- bzw. Pressmassen 19 und in diesen enthaltenen Wärmetauschern und Leitungen für das Wärmeträgermedium ausgebildet bzw. gefüllt werden. Nach oben und unten zu sind die Gieß- bzw. Pressmassen durch Endflächen 29 begrenzt. Es ist auch möglich, die Wärmetauscherbereiche 32, 34 und den Ankoppelbereich 36 und alle darin befindlichen Leitungen, Rohre und Wärmetauscher 14, gemeinsam mit den Rohren 25 mit Gieß- bzw. Pressmassen 19 zu ergießen oder vergessen.The pressing or casting compounds are good heat-conducting, so that the heat exchange between thetubes 25 and the flowed through by the working medium lines or heat exchangers can be done well. In the central region of the combinedtubes 25 is theAnkoppelbereich 36 for coupling the heat transfer medium. In itself, thecoupling region 36 can also be formed or filled with casting ormolding compounds 19 and heat exchangers and lines for the heat transfer medium contained therein. Up and down to the casting or molding compounds are limited by end surfaces 29. It is also possible to pour out or forget theheat exchanger areas 32, 34 and thecoupling area 36 and all lines, pipes andheat exchangers 14 located therein, together with thetubes 25 with pouringmasses 19.

Im dargestellten Fall ist jedoch der Ankoppelbereich 36 durch zwei Lochplatten 16 begrenzt, zwischen denen das Wärmeträgermedium durchgeleitet wird. Der Ankoppelbereich ist im vorliegenden Fall ähnlich dem Ankoppelbereich 36 wie er im Zusammenhang mit Fig. 6 und 7 beschrieben wurde, ausgebildet, d.h. das Wärmeträgermedium umspült die Rohre 25.In the case shown, however, thecoupling region 36 is bounded by twoperforated plates 16, between which the heat transfer medium is passed. The coupling region is formed in the present case similar to thecoupling region 36 as described in connection with FIGS. 6 and 7, ie the heat transfer medium flows around thetubes 25.

Jedes einzelne der Rohre 25 stellt eine Heat-pipe 7 dar; im unteren bzw. untersten Bereich jedes Rohres 25 befindet sich der Bereich 9 mit verflüssigtem CO₂; im oberen bzw. obersten Bereich jedes Rohres 25 befindet sich der Bereich 10 mit gasförmigem CO₂.Each one of thetubes 25 constitutes a heat-pipe 7; in the lower or lowermost region of eachtube 25 is thearea 9 with liquefied CO₂ ; in the upper or uppermost region of eachtube 25 is thearea 10 with gaseous CO₂ .

Es ist durchaus möglich, derartige mit Gieß- oder Pressmassen zusammengefasste Rohre 25 mit einem Ankoppelbereich 36 und nur jeweils einem entweder oberhalb oder unterhalb davon angeordneten Wärmetauschbereich 32 bzw. 34 auszubilden, sodass Zwischenwärmetauscher ausgebildet werden, die ähnlich den in Fig. 6 und 7 dargestellten Zwischenwärmetauschern sind.It is quite possible to formsuch tubes 25 combined with casting or molding compounds with acoupling region 36 and only oneheat exchange region 32 or 34 arranged either above or below it so that intermediate heat exchangers similar to those shown in FIGS. 6 and 7 are formed Intermediate heat exchangers are.

Die Rohre 25 können in einem Behälter 21 angeordnet werden, der lediglich zu Schutzzwecken vorhanden ist, nicht jedoch Teil der Heat-pipes ist, die von jedem einzelnen Rohr 25 ausgebildet sind.Thetubes 25 may be placed in acontainer 21 which is for protective purposes only, but is not part of the heat pipes formed by eachindividual tube 25.

Erfindungsgemäß vorgesehen und besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines erfindugnsgemäßen Zwischenwärmetauschers. Für den Wärmetausch zwischen einem Kreislauf, in dem als Fluid bzw. Schadfluid Abwasser, radioaktives Fluid, Öl bzw. ölhaltige Fluide, Badewässer geführt sind und einem Kreislauf von Nutzfluid, in dem Grundwasser, Nutz- oder Brauchwasser oder zur Rezirkulierung vorgesehenes Wasser geführt ist. Damit wird eine sichere Trennung von umweltschädlichem Fluid und nutzbarem Fluid, insbesondere zur Wärmerückgewinnung oder Wärmeableitung aus dem Schadfluid, erreicht. Dieser Verwendung eines erfindungsgemäßen Zwischenwärmetauschers kann alternativ zu dem speziellen Einsatz des Zwischenwärmetauschers in Wärmepumpen- od. Kälteanlagen erfolgen.Provided according to the invention and particularly advantageous is the use of a erfindugnsgemäßen intermediate heat exchanger. For the heat exchange between a circuit in which are performed as fluid or Schadfluid wastewater, radioactive fluid, oil or oil-containing fluids, bath water and a cycle of Nutzfluid, in the groundwater, utility or service water or recirculation water provided is performed. This is a safe separation of environmentally harmful fluid and usable fluid, in particular for heat recovery or heat dissipation from the harmful fluid, achieved. This use of an intermediate heat exchanger according to the invention can be carried out as an alternative to the special use of the intermediate heat exchanger in heat pump or refrigeration systems.

Claims (11)

Translated fromGerman

Zwischenwärmetauscher (7), insbesonders für eine Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), der zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) zur Ankopplung an einen Arbeitsmediumkreislauf, insbesondere der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) und zumindest einen Ankoppelbereich (36) für einen Wärmeträgermediumkreislauf aufweist, um Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium zu übertragen, wobei zur Wärmeübertragung zwischen dem jeweiligen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) im Zwischenwärmetauscher (7) ein Wärmetauscherfluid zirkuliert oder im Kreislauf geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wärmetauscherfluid CO₂ ist, das zwischen dem zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) entweder selbstzirkulierend im ungezwungenen Umlauf oder gepumpt im Zwangsumlauf geführt ist.Intermediate heat exchanger (7), in particular for a heat pump od. Refrigeration system (20), the at least one heat exchange region (32, 34) for coupling to a working medium circuit, in particular the Wärmepumpen od. Refrigeration system (20) and at least one Ankoppelbereich (36) a heat transfer medium circuit has, in order to transfer heat between the working medium and the heat transfer medium, wherein for circulating heat between the respective heat exchange region (32, 34) and the coupling region (36) in the intermediate heat exchanger (7), a heat exchange fluid is circulated or circulated,
characterized in that
the heat exchange fluid is CO₂ , which is guided between the at least one heat exchange region (32, 34) and the coupling region (36) either self-circulating in the free circulation or pumped in the forced circulation.Zwischenwärmetauscher nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) mit dem Kreislauf für das CO₂ in Form eines Thermosiphons oder eines Wärmerohres oder einer Heat-pipe ausgebildet ist und/oder- dass der Thermosiphon oder die Heat-pipe in Form zumindest eines in Gebrauchslage vertikal angeordneten Rohres (25) oder sich vertikal erstreckenden Behälters (11) vorliegen, in dem der Kreislauf des CO₂ durch das unterschiedliche Gewicht von flüssigem und gasförmigem CO₂, d.h. durch Gravitationskraft, aufrecht erhalten wird.Intermediate heat exchanger according to claim 1,characterized in that the intermediate heat exchanger (7) is formed with the circuit for the CO₂ in the form of a thermosyphon or a heat pipe or a heat pipe and / or - That the thermosyphon or the heat pipe in the form of at least one in use position vertically arranged tube (25) or vertically extending container (11) are present, in which the cycle of CO₂ by the different weight of liquid and gaseous CO₂ , ie by gravitational force, is maintained.Zwischenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) in Betriebsstellung in seinem unten oder zu unterst gelegenen Bereich (9) einen Kondensations- bzw. Flüssigbereich mit zum Verdampfen bereitstehenden CO₂, insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, und in seinem oben oder zu oberst gelegenen Bereich (10) einen Verdampfungs- oder Gasaufnahmebereich mit zum Kondensieren bereitstehendem CO₂ aufweist, wobei das CO₂, insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, zwischen diesen Bereichen (9, 10) im Kreislauf oder Gegenstrom geführt ist.Intermediate heat exchanger according to claim 1 or 2,characterized in that the intermediate heat exchanger (7) in the operating position in its lying down or bottom portion (9) has a condensation or liquid range with waiting for evaporating CO_2, in particular for coupling a heat source, and in its upper or uppermost region (10) has an evaporation or gas receiving area with CO₂ ready for condensing, wherein the CO₂ , in particular for coupling a heat sink, between these areas (9, 10) is circulated or countercurrent.Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) einen Behälter (11) umfasst, der in einem in Gebrauchslage oben liegenden Wärmetauschbereich (34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, zumindest einen Anschluss (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung von Arbeitsmedium, insbesondere verdampferseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), und in einem darunter liegenden Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärequelle, Anschlüsse (18) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (15) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung des Wärmeträgermediums aufweist,
oder dass der Behälter (11) in einem obenliegenden Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, Anschlüsse (18) und/oder zumindest einem Wärmetauscher (15) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung des Wärmeträgermediums und in einem darunter liegenden Wärmetauschbereich (32), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, Anschlüsse (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung und/oder Durchleitung von Arbeitsmedium, insbesondere kondensatorseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpe (20), aufweist,
oder dass der Behälter (11) sowohl oberhalb als auch unterhalb des Ankoppelbereiches (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, in jeweils einem Wärmetauschbereich (32, 34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, Anschlüsse (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für Arbeitsmedium, insbesondere einerseits für verdampferseitiges Arbeitsmedium und anderseits für kondensatorseitiges Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), aufweist.Intermediate heat exchanger according to one of claims 1 to 3,characterized in that the intermediate heat exchanger (7) comprises a container (11) in a top position of use lying heat exchange region (34), in particular for coupling a heat sink, at least one connection (13) and /or at least a heat exchanger (14) for the contacting and / or admission and / or passage of working medium, in particular the evaporator-side working medium of the heat pump or refrigeration system (20), and in an underlying coupling region (36), in particular for coupling a heat source, connections ( 18) and / or at least one heat exchanger (15) for the contacting and / or loading and / or passage of the heat transfer medium,
or that the container (11) in an overhead Ankoppelbereich (36), in particular for coupling a heat sink, connections (18) and / or at least one heat exchanger (15) for the contacting and / or loading and / or passage of the heat transfer medium and in a underlying heat exchange region (32), in particular for coupling a heat source, terminals (13) and / or at least one heat exchanger (14) for the contacting and / or loading and / or passage of working fluid, in particular capacitor-side working medium of the heat pump (20) .
or that the container (11) both above and below the Ankoppelbereiches (36), in particular for coupling a heat source or heat sink, in each case a heat exchange area (32, 34), in particular for coupling a heat source or heat sink, terminals (13) and / or at least one heat exchanger (14) for working medium, in particular on the one hand for evaporator-side working medium and on the other hand for condensate-side working medium of the heat pump od. Refrigeration system (20).Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (14) für das verdampferseitige und/oder kondensatorseitige Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) und/oder die Wärmetauscher (15) für das Wärmeträgermedium in Form von zumindest einer durch den Behälter (11) geführten oder in diesem befindlichen Leitung und/oder Windung und/oder Platte und/oder einem Rohr im Wärmetauschbereich (32, 34) und/oder Ankopplungsbereich (36) des Behälters (11) ausgebildet sind.Intermediate heat exchanger according to one of claims 1 to 4,characterized in that the heat exchanger (14) for the evaporator side and / or condenser side working medium of the heat pump od. Refrigeration system (20) and / or the heat exchanger (15) for the heat transfer medium in the form of at least a conduit and / or turn and / or plate guided through or in the container (11) and / or a pipe are formed in the heat exchange region (32, 34) and / or coupling region (36) of the container (11).Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, dass im Ankoppelbereich (36) des Behälter (11) eine Mehrzahl von Rohren (15) im Behälter (11) angeordnet sind, die in Gebrauchslage des Wärmetauschers (7) vertikal ausgerichtet und vom Wärmeträgermedium umspült sind und den unten liegenden Bereich (9) für flüssiges CO₂ mit dem oben liegenden Bereich (10) für gasförmiges CO₂ verbinden und/oder- dass die Anschlüsse (13) und/oder Wärmetauscher (14) für das verdampferseitiges oder kondensatorseitiges Arbeitsmedium der Wärmepumpen - od. Kälteanlage (20) oberhalb und/oder unterhalb der Rohre (15) in den Behälter (11) einmünden oder in diesem angeordnet sind und/oder- dass der Ankoppelbereich (36) des Wärmeträgermediums im Behälter (11) von einer oberen und einer unteren Lochplatte (16) begrenzt ist, deren Ausnehmungen von den Rohren (15) gas- und/oder flüssigkeitsdicht durchsetzt oder mit den Endbereichen der Rohre (15) gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden sind.Intermediate heat exchanger according to one of claims 1 to 5,characterized in that in the Ankoppelbereich (36) of the container (11) a plurality of tubes (15) in the container (11) are arranged in the position of use of the heat exchanger (7) vertically aligned and from Heat transfer medium are lapped and connect the underlying area (9) for liquid CO₂ with the overhead area (10) for gaseous CO₂ and / or - That the connections (13) and / or heat exchanger (14) for the evaporator side or condenser side working fluid of the heat pump - od. Refrigeration (20) above and / or below the tubes (15) open into the container (11) or arranged in this are and / or - That the Ankoppelbereich (36) of the heat transfer medium in the container (11) by an upper and a lower perforated plate (16) is limited, the recesses of the tubes (15) penetrated by gas and / or liquid-tight or with the end portions of the tubes (15 ) are gas- and / or liquid-tight connected.Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher (7) eine Mehrzahl von getrennten CO₂-Kreisläufen in Form von in Gebrauchslage des Zwischenwärmetauschers (7) vertikal verlaufenden, abgeschlossenen und mit CO₂ gefüllten Rohren (25) aufweist, die jeweils das Funktionsprinzip eines Thermosiphons oder einer Heat-pipe erfüllen,
wobei jedes der Rohre (25) in einem oben liegenden Wärmetauschbereich (34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, mit zumindest einem Wärmetauscher(14) zur Beaufschlagung und/oder Ankopplung von verdampfungsseitigem Arbeitsmedium einer Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) kontaktiert ist und in einem darunter liegenden Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, Anschlüsse (18) und/oder zumindest ein Wärmetauscher (16, 26) vorgesehen sind für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit dem Wärmeträgermedium,
oder wobei an jedes der Rohre (25) in einem Ankoppelbereich (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmesenke, zumindest ein Wärmetauscher (15, 26) angekoppelt ist für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit Wärmeträgermedium und in einem darunter liegenden Wärmetauschbereich (32), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle, Anschlüsse (13) und/oder zumindest ein Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit Arbeitsmedium, insbesondere kondensatorseitigem Arbeitsmedium der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20), angeordnet sind,
oder wobei jedes der Rohre (25) sowohl oberhalb als auch unterhalb des Ankoppelbereiches (36), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, in einem Wärmetauschbereich (32, 34), insbesondere zur Ankopplung einer Wärmequelle oder Wärmesenke, Anschlüsse (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (14) für die Kontaktierung und/oder Beaufschlagung der Rohre (25) mit Arbeitsmedium, insbesondere mit kondensatorseitigem Arbeitsmedium oder verdampferseitigem Arbeitsmedium einer Wärmepumpen- oder Kälteanlage (20), aufweist, wobei gegebenenfalls die Rohre (25) zur Kontaktierung mit dem Arbeitsmedium und/oder dem Wärmeträgermedium im Ankoppelbereich (36) und/oder in zumindest einem Wärmetauschbereich (32, 34) in hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Gieß- oder Pressmassen eingegossen und/oder eingepresst sind, in welchen Gieß- oder Pressmassen als Wärmetauscher Leitungen (14) oder Rohre für das Arbeitsmedium und/oder das Wärmeträgermedium ausgebildet oder enthalten sind.Intermediate heat exchanger according to one of claims 1 to 6,characterized in that the intermediate heat exchanger (7) has a plurality of separate CO₂ circuits in the form of in the position of use of the intermediate heat exchanger (7) vertically extending, closed and filled with CO₂ tubes (25) , each of which fulfills the functional principle of a thermosyphon or a heat pipe,
wherein each of the tubes (25) in an overhead heat exchange region (34), in particular for coupling a heat sink, with at least one heat exchanger (14) for loading and / or coupling of evaporation-side working medium of a heat pump od. Refrigeration (20) is contacted and in an underlying coupling region (36), in particular for coupling a heat source, connections (18) and / or at least one heat exchanger (16, 26) are provided for the contacting and / or admission of the tubes (25) with the heat transfer medium,
or wherein at least one heat exchanger (15, 26) is coupled to each of the tubes (25) in a coupling region (36), in particular for coupling a heat sink, for contacting and / or pressurizing the tubes (25) with heat transfer medium and in one underneath lying heat exchange region (32), in particular for coupling a heat source, connections (13) and / or at least one heat exchanger (14) for contacting and / or admission of the tubes (25) with working medium, in particular condensate-side working medium of the heat pump or. 20), are arranged
or wherein each of the tubes (25) both above and below the Ankoppelbereiches (36), in particular for coupling a heat source or heat sink, in a heat exchange region (32, 34), in particular for coupling a heat source or heat sink, terminals (13) and / or at least one heat exchanger (14) for the contacting and / or admission of the tubes (25) with working medium, in particular with condensate-side working medium or working medium of a heat pump or refrigeration system (20) on the evaporator side, optionally, wherein the tubes (25) for contacting with the working medium and / or the heat transfer medium in the coupling region (36) and / or in at least one heat exchange region (32, 34) poured into high thermal conductivity casting or molding compounds and / or are pressed , in which casting or molding compounds are formed or contained as heat exchanger lines (14) or pipes for the working medium and / or the heat transfer medium.Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11) rohrförmig ausgebildet und in Gebrauchslage die Achse des Rohres im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.Intermediate heat exchanger according to one of claims 1 to 7,characterized in that the container (11) is tubular and in the position of use, the axis of the tube is substantially vertically aligned.Zwischenwärmetauscher (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauschers (7) in Betriebsstellung in seinem unten oder zu unterst gelegenen Bereich (9) einen Kondensations- bzw. Flüssigbereich mit zum Verdampfen bereitstehendem CO₂ und in seinem oben oder zu oberst gelegenen Bereich (10) einen Gasaufnahmeraum mit zum Kondensieren bereitstehendem CO₂ aufweist und dass vorzugsweise im unteren oder untersten Bereich (9) des Zwischenwärmetauschers (7), insbesondere im Flüssigbereich des CO₂, eine Pumpe (8) gelegen ist, mit der das CO₂ vom unteren Bereich bis in den oberen Bereich (10) gefördert wird und dabei durch den Ankoppelbereich (36) und zumindest einen Wärmetauschbereich (32, 34) geführt ist.Intermediate heat exchanger (7) according to any one of claims 1 to 8,characterized in that the intermediate heat exchanger (7) in the operating position in its lying down or bottom portion (9) has a condensation or liquid range with standing by for evaporating CO₂ and, in its top or to the uppermost region (10) has a gas receiving space with ready for condensing CO₂ and that preferably in the lower or lowermost region (9) of the intermediate heat exchanger (7), in particular in the liquid region of the CO₂ , a pump (8) is located the CO_{2 is} conveyed from the lower region to the upper region (10) and thereby guided through the coupling region (36) and at least one heat exchange region (32, 34).Wärmepumpen- od. Kälteanlage mit zumindest einem Zwischenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der mit zumindest einem Wärmetauschbereich (32, 34) an den Arbeitsmediumkreislauf der Wärmepumpen- od. Kälteanlage (20) angekoppelt ist und mit zumindest einem Ankoppelbereich (36) an ein Wärmeträgermedium angekoppelt ist, um Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium zu übertragen, wobei vorteilhafterweise zur Wärmeübertragung zwischen dem Wärmetauschbereich (32, 34) und dem Ankoppelbereich (36) im Zwischenwärmetauscher (7) als Wärmetauscherfluid CO₂ im Kreislauf geführt ist.Heat pump od. Refrigeration system with at least one intermediate heat exchanger according to one of claims 1 to 9, with at least one heat exchange region (32, 34) to the working medium circuit of the heat pump od. Refrigeration system (20) is coupled and with at least one coupling region (36) a heat transfer medium is coupled to transfer heat between the working medium and the heat transfer medium, wherein advantageously for heat transfer between the heat exchange region (32, 34) and the coupling region (36) in the intermediate heat exchanger (7) as the heat exchange fluid CO₂ is circulated.Verwendung eines Zwischenwärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, für den Wärmetausch zwischen einem Arbeitskreislauf, in dem Arbeitsmedium, z.B. Abwasser, radioaktives Fluid, Öl bzw. ölhaltige Fluide, Badewässer, geführt ist und einem Wärmeträgermediumkreislauf, in dem ein Nutzfluid, z.B. Grundwasser, Nutz- oder Brauchwasser oder zur Rezirkulierung vorgesehenes Wasser, geführt ist.Use of an intermediate heat exchanger according to one of claims 1 to 10, for the heat exchange between a working cycle in which working medium, e.g. Wastewater, radioactive fluid, oil or oil-containing fluids, bath water, is guided and a heat transfer medium circuit in which a Nutzfluid, e.g. Groundwater, utility or service water or intended for recirculation water, is guided.

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