DE102009006939B4 - Heat pump system with a geothermal probe - Google Patents

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Abstract

Eine Erdwärmesonde (3) aufweisende Wärmepumpenanlage (1) mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Drossel und einem Verdampfer (2), der in einer Wärmeabgabezone (8) der Erdwärmesonde (3), die ein aufgrund der Erdwärme in einer Wärmeaufnahmezone (4) verdampfbares Fluid als Wärmeträgermedium einschließt, mit dieser thermisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) in einem Rohrabschnitt (7) der Erdwärmesonde (3) im Bereich der Wärmeabgabezone (8) angeordnet ist.A geothermal probe (3) having heat pump system (1) with a compressor, a condenser, a throttle and an evaporator (2) in a heat emitting zone (8) of the geothermal probe (3), which due to geothermal in a heat receiving zone (4) includes vaporizable fluid as a heat transfer medium is thermally connected to this, characterized in that the evaporator (2) in a pipe section (7) of the geothermal probe (3) in the region of the heat emitting zone (8) is arranged.

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Description

Die Erfindung betrifft eine eine Erdwärmesonde aufweisende Wärmepumpenanlage mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Drossel und einem Verdampfer, der in einer Wärmeabgabezone der Erdwärmesonde, die ein aufgrund der Erdwärme in einer Wärmeaufnahmezone verdampfbares Fluid als Wärmeträgermedium einschließt, mit dieser thermisch verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine für eine Wärmepumpenanlage bestimmte Erdwärmesonde.The The invention relates to a geothermal probe having heat pump system with a compressor, a condenser, a throttle and a Evaporator operating in a heat release zone of Geothermal probe the one due to geothermal energy in a heat absorption zone vaporizable fluid as a heat transfer medium includes, is thermally connected to this. Furthermore, the invention relates to a for one heat pump system certain geothermal probe.

Eine derartige Wärmepumpe ermöglicht die Nutzung der auf einem hohen Temperaturniveau anfallenden Verflüssigungswärme, beispielsweise zum Heizen. Der Umgebungsluft, dem Erdboden oder dem Grundwasser kann so Wärme durch Einsatz einer Wärmepumpe entzogen werden. Ein Vielfaches der für die Wärmepumpe eingesetzten elektrischen Leistung kann auf diese Weise der Wärmequelle entzogen und auf ein höheres Temperaturniveau gepumpt werden.A such heat pump allows the use of the incurred at a high temperature level condensing heat, for example for heating. The ambient air, the ground or the groundwater can heat so by using a heat pump be withdrawn. A multiple of the electrical power used for the heat pump can in this way the heat source withdrawn and on a higher Temperature level to be pumped.

Um dem Erdreich die Wärme zu entziehen, werden sogenannte Erdwärmesonden senkrecht oder leicht schräg bis zu einer Tiefe von 50 bis 250 Metern in das Erdreich eingetrieben, wo die Temperatur über das ganze Jahr weitgehend konstant bleibt.Around the soil the heat to withdraw so-called geothermal probes are vertical or light aslant driven into the ground to a depth of 50 to 250 meters, where the temperature is above remains largely constant throughout the year.

Eine konventionelle Erdwärmesonde besteht beispielsweise aus einem Doppelrohrsystem, bei dem durch das Innenrohr ein Wärmeträger – im Allgemeinen eine aus einem Wasser-Glykol-Gemisch bestehende Sole – nach unten strömt und in dem Ringspalt zwischen dem Innenrohr und dem unten verschlossenen Außenrohr wieder aufwärts steigt, wobei die Sole durch Erdwärme erwärmt wird. Die Vor- und Rückläufe meist mehrerer Erdwärmesonden sind über einen Verteiler mit dem Verdampfer der Wärmepumpe verbunden, sodass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird.A conventional geothermal probe consists for example of a double pipe system, in which the inner tube is a heat carrier - in general one consisting of a water-glycol mixture Brine - after flows down and in the annular gap between the inner tube and the bottom closed outer tube up again rises, where the brine is heated by geothermal energy. The forward and return flows mostly several geothermal probes are about a distributor connected to the evaporator of the heat pump, so a closed circuit is formed.

Aus der DE 42 115 76 A1 ist auch bereits ein sogenanntes zweiphasiges System bekannt, bei dem ein Wärmeträger verwendet wird, der in einer Wärmeaufnahmezone verdampft und in einer Wärmeabgabezone kondensiert wird. Das Fluid liegt somit teilweise in flüssiger und teilweise in gasförmiger Form vor, wobei sich der flüssige Teil des Fluides im unteren Bereich der Erdwärmesonde sammelt. Dort wird es verdampft und steigt zum oberen Ende der Erdwärmesonde auf. Hier wird es unter Abgabe von Wärmeenergie an den Verdampfer der Wärmepumpe wieder kondensiert und fließt entlang der Wandfläche der Erdwärmesonde nach unten.From the DE 42 115 76 A1 is also already a so-called two-phase system is known in which a heat transfer medium is used, which is evaporated in a heat receiving zone and condensed in a heat release zone. The fluid is thus partially in liquid and partially in gaseous form, wherein the liquid part of the fluid collects in the lower region of the geothermal probe. There it is evaporated and rises to the upper end of the geothermal probe. Here it is condensed again with the release of heat energy to the evaporator of the heat pump and flows along the wall surface of the geothermal probe down.

Derartige zweiphasige Systeme weisen eine höhere energetische Effizienz auf, da keine Umwälzpumpe benötigt wird, da der Transport des Fluids in der Erdwärmesonde selbstständig durch Aufsteigen von Dampf und Herabfließen von flüssigem Fluid erfolgt.such two-phase systems have higher energy efficiency on, because no circulation pump needed is, since the transport of the fluid in the geothermal probe independently by Rising of steam and downflow of liquid fluid takes place.

Eine derartige zweiphasige Erdwärmesonde besteht beispielsweise aus einem druckfesten, flexiblen Edelstahlrohr, gefüllt mit flüssigem und gasförmigem Kohlendioxyd (CO2). Der Wärmeübergang vom Erdreich zum flüssigen CO2 erfolgt innerhalb einer thermisch verbesserten Hinterfüllung durch Wärmeleitung. Das durch Erdwärme verdampfte CO2 steigt aufgrund seiner nun geringeren Dichte auf, wird im Kopf des Rohres – am Verdampfer der Wärmepumpe – unter Wärmeabgabe kondensiert und fließt innen am Rohr in die Verdampfungszone des Wärmerohres hinab. Dieser Prozess ergibt einen pumpenlosen, sich selbstständig wiederholenden Kreislauf.Such a two-phase geothermal probe consists for example of a pressure-resistant, flexible stainless steel tube, filled with liquid and gaseous carbon dioxide (CO 2 ). The heat transfer from the soil to the liquid CO 2 takes place within a thermally improved backfilling by heat conduction. The evaporated by geothermal CO 2 increases due to its now lower density, is condensed in the head of the tube - at the evaporator of the heat pump - with heat release and flows inside the tube in the evaporation zone of the heat pipe down. This process results in a pumpless, self-repetitive cycle.

Beim Einsatz des Wärmerohrs als Erdwärmesonde wird eine verhältnismäßig lange Wärmeaufnahmezone verwendet, während die Wärmeabgabezone am oberen Ende vergleichsweise kurz ausfällt. Die Wärmeabgabezone wird oftmals durch einen speziell für die Erdwärmesonde entwickelten Wärmeaustauscher realisiert, der zugleich als Verdampfer der Wärmepumpe und als Kondensator für das gasförmige CO2 dient.When using the heat pipe as a geothermal probe, a relatively long heat absorption zone is used, while the heat release zone precipitates comparatively short at the upper end. The heat dissipation zone is often realized by a specially developed for the geothermal probe heat exchanger, which also serves as an evaporator of the heat pump and as a condenser for the gaseous CO 2 .

In der DE 298 24 676 U1 wird ebenfalls eine Erdwärmesonde beschrieben, bei der als Wärmeträger CO2 verwendet wird. Die Erdwärmesonde ist thermodynamisch mit einem Verdampfer eines Wärmepumpensystems verbunden, das darüber hinaus eine Verdichteranordnung, einen Kondensator und eine Entspannungseinrichtung für das im Kreislauf geführte Kältemittel hat.In the DE 298 24 676 U1 also a geothermal probe is described in which is used as the heat carrier CO 2 . The geothermal probe is thermodynamically connected to an evaporator of a heat pump system, which also has a compressor assembly, a condenser and a relaxation device for the recirculated refrigerant.

In der DE 31 15 743 A1 ist ein Wärmepumpensystem gezeigt, bei dem ebenfalls die Kondensationswärme aus dem Kreislaufprozess der Erdwärmesonde zum Verdampfen des Kältemittels einer Wärmepumpe ausgenutzt wird. Bei dieser bekannten Lösung ist die Wärmepumpe im Abstand zur Erdwärmesonde angeordnet, sodass die thermodynamische und mechanische Kopplung insbesondere im Hinblick auf Wärmeverluste problematisch ist.In the DE 31 15 743 A1 a heat pump system is shown, in which also the heat of condensation from the circulation process of the geothermal probe is used for vaporizing the refrigerant of a heat pump. In this known solution, the heat pump is arranged at a distance from the geothermal probe, so that the thermodynamic and mechanical coupling is problematic, especially with regard to heat losses.

In der DE 20 2004 015 819 U1 ist ein Wärmepumpensystem gezeigt, bei dem die Bauelemente der Wärmepumpe in einem kompakten Wärmepumpenkopf aufgenommen sind, der thermisch und mechanisch mit der CO2-Erdwärmesonde gekoppelt ist. Dieser Wärmepumpenkopf lässt sich vergleichsweise einfach im Werk vormontieren und kann dann vor Ort mit geringem Montageaufwand mit der in den Erdboden eingesetzten Erdwärmesonde verbunden werden. Aufgrund der kompakten Ausführung lassen sich auch die Wärmeverluste der Wärmepumpe auf ein Minimum reduzieren.In the DE 20 2004 015 819 U1 a heat pump system is shown in which the components of the heat pump are housed in a compact heat pump head, which is thermally and mechanically coupled to the CO 2 geothermal probe. This heat pump head can be relatively easily pre-assembled in the factory and can then be connected on site with low installation costs with the geothermal probe used in the ground. Due to the compact design, the heat losses of the heat pump can be reduced to a minimum.

Die DE 10 2006 012 903 B3 betrifft eine Erdwärmesonde zur Nutzung von Erdwärme mit einem Bündel aus mehreren abgeschlossenen Wärmerohren, die für den Wärmetransport mit einem zweiphasigen Arbeitsmedium gefüllt sind, das mittels Erdwärme verdampfbar und in einer Wärmeabgabezone kondensierbar ist. Die jeweiligen Wärmerohre untergliedern sich über ihre Länge in zumindest eine Wärmeaufnahmezone, Wärmetransportzone und Wärmeabgabezone, wobei die Zonen unterschiedliche Längen aufweisen.The DE 10 2006 012 903 B3 relates to a geothermal probe for the use of geothermal heat with a bundle of several completed heat pipes, which are filled for the heat transfer with a two-phase working medium, which can be evaporated by means of geothermal heat and condensable in a heat delivery zone. The respective heat pipes are subdivided along their length into at least one heat absorption zone, heat transport zone and heat emission zone, the zones having different lengths.

Als nachteilig erweist sich in der Praxis der Aufwand, welcher mit der Installation des Erdwärmesondenkopfs und dessen thermischer Kopplung mit der Wärmepumpe verbunden ist. Hierzu wird zunächst ein Schacht außerhalb bestehender Gebäude in deren Nähe ausgehoben, in dem der Erdwärmesondenkopf angeordnet wird. Die damit verbundenen Erdarbeiten verursachen erhebliche Kosten und beeinträchtigen insbesondere in Gartenanlagen das Erscheinungsbild.When disadvantage proves in practice the effort, which with the Installation of the geothermal probe head and whose thermal coupling is connected to the heat pump. For this will be first a shaft outside existing building in their proximity excavated, in which the geothermal probe head is arranged. The associated earthworks cause considerable Costs and affect especially in gardens the appearance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmepumpenanlage wesentlich zu vereinfachen, sodass insbesondere deren Installation mit geringem Aufwand möglich ist. Weiterhin soll eine zu diesem Zweck entsprechend vorbereitete Erdwärmesonde geschaffen werden.Of the Invention is the object of the heat pump system essential simplify, so in particular their installation with low Effort possible is. Furthermore, an appropriately prepared for this purpose geothermal probe be created.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Wärmepumpenanlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen 2 bis 13 zu entnehmen.The The first object is inventively with a heat pump system according to the characteristics of claim 1. The further embodiment of the invention is the dependent claims 2 to 13 to remove.

Erfindungsgemäß ist also der Verdampfer in einem Rohrabschnitt der Erdwärmesonde im Bereich der Wärmeabgabezone angeordnet. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise ein Verdampfertopf eingespart, indem nämlich der Verdampfer unmittelbar innerhalb des Erdwärmesondenrohres untergebracht ist. Insbesondere wird dadurch der nach dem Stand der Technik erforderliche Schacht einschließlich der damit verbundenen Erdarbeiten zur Unterbringung des Erdwärmesondenkopfs entbehrlich. Zugleich wird dabei auch die Anordnung des Verdampfers im Inneren von Gebäuden ermöglicht, sodass die Abstände und damit die Leitungslänge zwischen dem Verdampfer und den weiteren Elementen der Wärmepumpenanlage verkürzt und dadurch Verluste vermieden werden. Zudem wird die Anzahl der zur Realisierung der Wärmepumpenanlage erforderlichen Bauteile deutlich reduziert. Als verdampfbares Fluid eignet sich beispielsweise CO2.According to the invention, therefore, the evaporator is arranged in a pipe section of the geothermal probe in the region of the heat emission zone. As a result, an evaporator pot is saved in a surprisingly simple manner, namely by the evaporator is housed directly within the borehole heat exchanger tube. In particular, thereby required by the prior art shaft including the associated earthwork for housing the geothermal probe head is unnecessary. At the same time, the arrangement of the evaporator inside buildings is made possible, so that the distances and thus the length of the line between the evaporator and the other elements of the heat pump system shortened and thereby losses are avoided. In addition, the number of components required to realize the heat pump system is significantly reduced. As evaporable fluid, for example, CO 2 is suitable.

Grundsätzlich wird eine praxisnahe Vereinfachung erfindungsgemäß bereits dann realisiert, wenn die Erdwärmesonde einen aus dem Boden herausragenden Rohrabschnitt hat, in welchen der Verdampfer eingesetzt werden kann. Besonders sinnvoll ist darüber hinaus jedoch eine Abwandlung, bei der sich der Rohrabschnitt zumindest abschnittsweise unterhalb des Bodenniveaus erstreckt, sodass insbesondere eine statische Abstützung des Rohrabschnitts problemlos realisiert werden kann. Die Anschlussleitungen zu dem Kompressor und der Drossel können in einfacher Weise ebenfalls unterhalb des Bodenniveaus oder auch darüber verlegt werden und gestatten dabei eine für sich genommen bekannte einfache Isolierung.Basically a practical simplification according to the invention already realized then when the geothermal probe a protruding from the ground pipe section, in which the evaporator can be used. It is particularly useful beyond that but a modification in which the pipe section at least sections below the ground level, so in particular a static support the pipe section can be easily realized. The connecting cables to the compressor and the throttle can easily as well be laid below the ground level or even above it and allow doing one for taken familiar simple isolation.

Dabei ist es grundsätzlich von Vorteil, wenn der gesamte Rohrabschnitt einschließlich der Anschlussleitungen unter der Bodenfläche verlegt wird, wobei der Rohrabschnitt jedoch nicht oder nur unwesentlich über das Bodenniveau hinausragt und den Verdampfer daher nicht nur vor Umwelteinflüssen schützt, sondern die Erdwärmesonde zudem auch eine mechanisch stabile Aufnahme bildet.there it is basically beneficial if the entire pipe section including the Connecting cables is laid under the floor surface, wherein the However, pipe section not or only slightly above the Floor level protrudes and the evaporator therefore not only protects against environmental influences, but the geothermal probe also forms a mechanically stable recording.

Der den Verdampfer aufnehmende Rohrabschnitt könnte als eine axiale Verlängerung des Erdwärmesondenrohres, beispielsweise mit einer glatten Innenwandfläche, ausgeführt sein. Besonders praxisgerecht ist es hingegen auch, wenn der Rohrabschnitt in einer gegenüber der Wärmeaufnahmezone der Erdwärmesonde radialen Erweiterung der Wärmeabgabezone angeordnet ist, die mit dem Erdwärmesondenrohr mittels eines als Flansch ausgeführten Verbindungselements lösbar verbunden ist. Hierdurch gestattet die Wärmepumpenanlage eine einfache Anpassung an unterschiedliche Einsatzzwecke, indem für Verdampfer mit unterschiedlichen Durchmessern oder auch Längen eine jeweils passgenaue radiale Erweiterung als konzentrischer Rohrabschnitt ausgewählt und mit dem Erdwärmesondenrohr verbunden werden kann.Of the the tube receiving the evaporator could be considered an axial extension the geothermal probe tube, for example, with a smooth inner wall surface executed. Especially practical It is, however, also when the pipe section in a relation to the Heat absorption zone of geothermal probe radial extension of the heat delivery zone is arranged with the borehole heat exchanger tube by means of a flange Connecting element detachable connected is. This allows the heat pump system a simple Adaptation to different uses by adding evaporators with different diameters or lengths also a precisely fitting radial Extension selected as a concentric pipe section and with the geothermal probe tube can be connected.

Als Erdwärmesondenrohr können grundsätzlich alle an sich bekannten Bauformen eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Erdwärmesonde ein Erdwärmesondenrohr mit einer Wendelung zumindest im Bereich der Wärmeaufnahmezone und/oder der Wärmetransportzone aufweist, sodass also das Erdwärmesondenrohr unterhalb des Rohrabschnitts als insbesondere wendelförmiges Wellrohr ausgeführt ist. Hierdurch kann das Fluid in seiner flüssigen Phase ungehindert innerhalb des Erdwärmesondenrohrs nach unten fließen, ohne mit dem stetig nach oben strömenden gasförmigen Fluid zu kollidieren. Ein Filmabriss in dem Erdwärmesondenrohr kann so zuverlässig ausgeschlossen werden.When Geothermal probe tube can in principle all known types are used. Especially useful However, if the geothermal probe a borehole heat exchanger tube with a spiraling at least in the region of the heat absorption zone and / or the Heat transfer zone so that so the geothermal probe tube below the pipe section as a particular helical corrugated pipe accomplished is. This allows the fluid in its liquid phase unhindered within the Geothermal probe tube flow down, without colliding with the continuously upwardly flowing gaseous fluid. A film break in the borehole heat exchanger tube can be so reliable be excluded.

Der Verdampfer könnte mit einem Plattenwärmetauscher oder mit mehreren parallelen Rohrbündeln ausgestattet sein. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn der Verdampfer mehrere gebogene, Wärmetauscherflächen bildende Leitungsabschnitte aufweist, die in hängender Anordnung innerhalb der Wärmeabgabezone in die Erdwärmesonde hineinragen. Als ein wesentlicher Materialbestandteil der Leitungsabschnitte eignet sich hierzu beispielsweise Kupfer.The evaporator could be equipped with a plate heat exchanger or with several parallel tube bundles. On the other hand, it is particularly advantageous if the evaporator has a plurality of curved lines forming heat exchanger surfaces has sections which protrude in a hanging arrangement within the heat emitting zone in the geothermal probe. As an essential material component of the line sections is suitable for this purpose, for example copper.

Weiterhin erweist es sich als besonders effizient, wenn die Leitungsabschnitte zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen und/oder wendelförmigen Verlauf aufweisen, um so auf einem vergleichsweise kurzen Rohrabschnitt eine möglichst große Wärmetauscherfläche unterbringen zu können.Farther proves to be particularly efficient when the line sections at least in sections, a spiral and / or helical course so as to be on a comparatively short pipe section accommodate the largest possible heat exchanger surface to be able to.

Grundsätzlich erfolgt die Übertragung der Erdwärme unmittelbar auf den Wärmeträgerkreislauf der Wärmepumpenanlage. Alternativ erweist es sich für besondere Anwendungsfälle als vorteilhaft, wenn dem Verdampfer ein separater Wärmeträgerkreislauf zugeordnet ist, welcher mittels eines ersten Wärmetauschers mit dem Verdampfer und mit einem in dem Rohrabschnitt angeordneten zweiten Wärmetauscher mit der Wärmeabgabezone verbunden ist, sodass ein zusätzlicher, geschlossener Wärmeträgerkreislauf realisiert ist, welcher je nach Einsatzzweck problemlos an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann.Basically the transfer the geothermal energy directly on the heat transfer circuit of the Heat pump system. Alternatively, it turns out for special applications as advantageous if the evaporator associated with a separate heat transfer circuit is, which by means of a first heat exchanger with the evaporator and with a second heat exchanger arranged in the pipe section with the heat release zone connected, so that an additional, closed heat transfer circuit is realized, which depending on the purpose without any problems to the respective Requirements can be adjusted.

Beispielsweise eignet sich ein solcher separater Wärmeträgerkreislauf auch für solche Varianten, bei denen die Wärmepumpenanlage mit mehreren Erdwärmesonden verbunden ist. Weiterhin kann der Verdampfer mit mehreren Erdwärmesonden verbunden sein, um so die Leistung der Wärmepumpenanlage zu erhöhen.For example Such a separate heat transfer circuit is also suitable for such Variants in which the heat pump system with several geothermal probes connected is. Furthermore, the evaporator with multiple geothermal probes be connected, so as to increase the performance of the heat pump system.

Dabei bildet jede der Erdwärmesonden ein unabhängiges und geschlossenes, insbesondere druckdichtes System, sodass eine aufwändige Verbindung der Erdwärmesonden untereinander entfällt und eine flexible Anordnung ermöglicht wird.there forms each of the geothermal probes an independent one and closed, in particular pressure-tight system, so that a complex Connection of geothermal probes with each other and deleted allows a flexible arrangement becomes.

Hierzu weist vorzugsweise der Verdampfer einen den Rohrabschnitt der Erdwärmesonde dichtend verschließenden Deckel auf, welcher hierzu beispielsweise mittels einer Schraubverbindung lösbar an einem oberen Randbereich des Rohrabschnitts festlegbar ist. Die Montage wird dadurch wesentlich erleichtert, dass der Deckel bereits alle für den Wärmeübergang erforderlichen Funktionselemente trägt und die Erdwärmesonde nach dem dichtenden Fixieren an dem Randbereich einsatzbereit ist.For this preferably, the evaporator has a pipe section of the geothermal probe sealingly closing Cover on which this purpose, for example by means of a screw connection detachable an upper edge region of the pipe section can be fixed. The Assembly is greatly facilitated by the fact that the lid already all for the heat transfer required functional elements carries and the geothermal probe is ready for use after the sealing sealing at the edge region.

Weiterhin erweist es sich als besonders praxisnah, wenn der Rohrabschnitt von einem Hüllrohr eingeschlossen ist, welches den Rohrabschnitt einerseits mechanisch gegenüber dem umliegenden Erdreich schützt, andererseits auch eine thermische Isolierung zur Reduzierung unerwünschter Wärmeverluste bildet.Farther proves to be particularly practical when the pipe section enclosed by a cladding tube is, which the pipe section on the one hand mechanically against the protects surrounding soil, On the other hand, a thermal insulation to reduce unwanted heat loss forms.

Die zweitgenannte Aufgabe, eine Erdwärmesonde zu schaffen, welche in ihrem Inneren ein aufgrund der Erdwärme verdampfbares Fluid aufnimmt, wird gelöst durch einen Rohrabschnitt zur Aufnahme eines Verdampfers einer Wärmepumpenanlage, sodass mit geringem Installationsaufwand, insbesondere also ohne Schachtarbeiten, allein durch Einbringen einer Erdbohrung, alle notwendigen Voraussetzungen für den Aufbau und den Einsatz einer Wärmepumpenanlage geschaffen werden. Der Verdampfer wird lediglich in den Rohrabschnitt eingesetzt und die Erdwärmesonde anschließend dichtend verschlossen.The second task, a geothermal probe to create, which in its interior a vaporizable due to geothermal energy Fluid absorbs, is dissolved by a pipe section for receiving an evaporator of a heat pump system, so that with little installation effort, especially without Well work, all by introducing a hole, all necessary conditions for created the construction and use of a heat pump system become. The evaporator is only used in the pipe section and the geothermal probe subsequently sealed.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung eine Wärmepumpenanlage 1 mit den nicht dargestellten Funktionseinheiten Kompressor, Kondensator und Drossel sowie einem Verdampfer 2. Der Verdampfer 2 ist dabei mit einer Erdwärmesonde 3 thermisch und mechanisch verbunden, die ein aufgrund der Erdwärme in einer Wärmeaufnahmezone 4 verdampfendes Fluid als Wärmeträgermedium einschließt. Zur einfachen Übertragung der thermischen Energie bei zugleich geringem konstruktiven Aufwand ist der Verdampfer 2 in einem sich unterhalb des Bodenniveaus 5 des umgebenden Erdreichs 6 erstreckenden Rohrabschnitt 7 der Erdwärmesonde 3 im Bereich einer Wärmeabgabezone 8 angeordnet und verschließt die Erdwärmesonde 3 mit einem Deckel 9. Zur optimalen Wärmeübertragung des Fluids hat der Verdampfer 2 einen Leitungsabschnitt mit einem wendelförmigen Verlauf. Das Fluid steigt in der Erdwärmesonde 3 in seiner gasförmigen Phase aus der Tiefe nach oben, wo es unter Freisetzung von Wärme kondensiert. Dadurch, dass die Erdwärmesonde 3 im Bereich unterhalt des Rohrabschnitts 7 als wendelförmiges Wellrohr ausgeführt ist, kann das Kondensat ungehindert in die Wärmaufnahmezone 4 der tiefer liegenden Bereiche fließen, ohne mit dem stetig nach oben strömenden gasförmigen Fluid zu kollidieren. Der Rohrabschnitt 7 ist dabei zur einfachen Anpassung an unterschiedliche Anforderungen durch ein lösbares Verbindungselement 10 mit der Wärmeabgabezone 8 der Erdwärmesonde 3 verbunden. Darüber hinaus ist der Rohrabschnitt 7 von einem Hüllrohr eingeschlossen, um so eine thermische Isolierung gegenüber dem Erdreich 6 zu erreichen.The invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows a schematic diagram of a heat pump system 1 with the not shown functional units compressor, condenser and throttle as well as an evaporator 2 , The evaporator 2 is doing it with a geothermal probe 3 thermally and mechanically connected, the one due to geothermal heat in a heat absorption zone 4 includes evaporating fluid as the heat transfer medium. For easy transfer of thermal energy at the same time low design effort is the evaporator 2 in a below ground level 5 of the surrounding soil 6 extending pipe section 7 the geothermal probe 3 in the area of a heat release zone 8th arranged and closes the geothermal probe 3 with a lid 9 , For optimal heat transfer of the fluid has the evaporator 2 a line section with a helical course. The fluid rises in the geothermal probe 3 in its gaseous phase from the depth up, where it condenses with the release of heat. Because of the geothermal probe 3 in the area keep the pipe section 7 is designed as a helical corrugated pipe, the condensate can freely into the heat receiving zone 4 the deeper areas flow without colliding with the continuously upwardly flowing gaseous fluid. The pipe section 7 is here for easy adaptation to different requirements by a detachable connection element 10 with the heat release zone 8th the geothermal probe 3 connected. In addition, the pipe section 7 enclosed by a cladding tube so as to provide thermal insulation from the ground 6 to reach.

Claims (14)

Eine Erdwärmesonde (3) aufweisende Wärmepumpenanlage (1) mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Drossel und einem Verdampfer (2), der in einer Wärmeabgabezone (8) der Erdwärmesonde (3), die ein aufgrund der Erdwärme in einer Wärmeaufnahmezone (4) verdampfbares Fluid als Wärmeträgermedium einschließt, mit dieser thermisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) in einem Rohrabschnitt (7) der Erdwärmesonde (3) im Bereich der Wärmeabgabezone (8) angeordnet ist.A geothermal probe ( 3 ) having heat pump system ( 1 ) with a compressor, a condenser, a throttle and an evaporator ( 2 ) located in a heat release zone ( 8th ) of the geothermal probe ( 3 ) due to geothermal heat in a heat receiving zone ( 4 ) vaporizable fluid as Includes heat transfer medium, is thermally connected to this, characterized in that the evaporator ( 2 ) in a pipe section ( 7 ) of the geothermal probe ( 3 ) in the area of the heat release zone ( 8th ) is arranged. Wärmepumpenanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rohrabschnitt (7) zumindest abschnittsweise unterhalb des Bodenniveaus (5) erstreckt.Heat pump system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pipe section ( 7 ) at least in sections below the soil level ( 5 ). Wärmepumpenanlage (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (7) nicht oder nur unwesentlich über das Bodenniveau (5) hinausragt.Heat pump system ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that the pipe section ( 7 ) not or only insignificantly above the ground level ( 5 protrudes). Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (7) eine gegenüber der Wärmeaufnahmezone (4) der Erdwärmesonde (3) radiale Erweiterung der Wärmeabgabezone (8) aufweist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pipe section ( 7 ) one opposite the heat absorption zone ( 4 ) of the geothermal probe ( 3 ) Radial expansion of the heat release zone ( 8th ) having. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (7) und eine die Wärmeabgabezone (8) mit einer Wärmeaufnahmezone (4) verbindende Wärmetransportzone durch ein Verbindungselement (10) lösbar miteinander verbunden sind.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pipe section ( 7 ) and a heat release zone ( 8th ) with a heat absorption zone ( 4 ) connecting heat transfer zone by a connecting element ( 10 ) are releasably connected together. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmesonde (3) ein Erdwärmesondenrohr mit einer Wendelung zumindest im Bereich der Wärmeaufnahmezone (4) und/oder der Wärmetransportzone aufweist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the geothermal probe ( 3 ) a borehole heat exchanger tube with a spiraling at least in the region of the heat absorption zone ( 4 ) and / or the heat transport zone. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) mehrere gebogene, Wärmetauscherflächen bildende Leitungsabschnitte aufweist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaporator ( 2 ) has a plurality of curved, heat exchanger surfaces forming line sections. Wärmepumpenanlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsabschnitte zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen und/oder wendelförmigen Verlauf aufweisen.Heat pump system ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the line sections at least partially have a spiral and / or helical course. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampfer (2) ein separater Wärmeträgerkreislauf zugeordnet ist, welcher mittels eines ersten Wärmetauschers mit dem Verdampfer (2) und mit einem in dem Rohrabschnitt (7) angeordneten zweiten Wärmetauscher mit der Wärmeabgabezone (8) verbunden ist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaporator ( 2 ) is associated with a separate heat transfer circuit, which by means of a first heat exchanger with the evaporator ( 2 ) and with one in the pipe section ( 7 ) arranged second heat exchanger with the heat release zone ( 8th ) connected is. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) mehrere, jeweils einer von mehreren Erdwärmesonden (3) zugeordnete Verdampferleitungen und/oder Verdampferleitungsabschnitte aufweist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaporator ( 2 ) several, each one of several geothermal probes ( 3 ) associated evaporator lines and / or evaporator line sections. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmesonde (3) als ein geschlossenes, insbesondere druckdichtes System ausgeführt ist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the geothermal probe ( 3 ) is designed as a closed, in particular pressure-tight system. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) einen den Rohrabschnitt (7) der Erdwärmesonde (3) dichtend verschließenden Deckel (9) aufweist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaporator ( 2 ) a the pipe section ( 7 ) of the geothermal probe ( 3 ) sealing lid ( 9 ) having. Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (7) von einem Hüllrohr eingeschlossen ist.Heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pipe section ( 7 ) is enclosed by a cladding tube. Eine für eine Wärmepumpenanlage (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmte Erdwärmesonde (3), welche in ihrem Inneren ein aufgrund der Erdwärme verdampfbares Fluid aufnimmt, gekennzeichnet durch einen Rohrabschnitt (7) der Erdwärmesonde (3) zur Aufnahme eines Verdampfers (2) der Wärmepumpenanlage (1).One for a heat pump system ( 1 ) according to at least one of the preceding claims certain geothermal probe ( 3 ), which receives in its interior a vaporizable due to geothermal fluid, characterized by a pipe section ( 7 ) of the geothermal probe ( 3 ) for receiving an evaporator ( 2 ) of the heat pump system ( 1 ).
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