DE202012003480U1 - geothermal probe - Google Patents
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Abstract
Erdwärmesonde (1), zumindest bestehend aus
einer Hauptsonde (2), welche zumindest umfasst:
– einen Verdampferraum (2.1), welcher aus zumindest einer Kältemittel-Kammer (4.1) eines Gegenstromverdampfers (4) besteht und einem geschlossenen Kältemittel-Kreislauf (5) angeordnet ist,
– einer Steigleitung (2.2), welche mit dem unteren Ende (2.21) des Verdampferraums (2.1) verbunden ist,
– einer Zuleitung (2.5), welche mit dem Verdampferraum (2.1) verbunden ist und im Kältemittel-Kreislauf (5) angeordnet ist,
– einem Wärmetauscherraum (2.3), welcher aus zumindest einer Wärmemittel-Kammer (4.2) des Gegenstromverdampfers (4) besteht und in einem Hauptsonden-Wärmemittel-Kreislauf (6) eines Wärmemittels angeordnet ist, und
einer Zubringersonde (3), welche zumindest umfasst:
– einen Außenmantel (3.1), welcher an seiner äußeren Seite vom Erdreich umschlossen ist,
– einem Sondenzwischenraum (3.2), welcher zumindest teilweise durch die innere Seite des Außenmantels (3.1) und einem Sondenboden (3.3) begrenzt wird, in welchem die Hauptsonde (2) angeordnet ist, und
– zumindest einem Zulauf (7.1),...Geothermal probe (1), at least consisting of
a main probe (2), which comprises at least:
- An evaporator chamber (2.1), which consists of at least one refrigerant chamber (4.1) of a counterflow evaporator (4) and a closed refrigerant circuit (5) is arranged,
A riser (2.2) which is connected to the lower end (2.21) of the evaporator space (2.1),
- A supply line (2.5), which is connected to the evaporator chamber (2.1) and in the refrigerant circuit (5) is arranged,
- A heat exchanger chamber (2.3), which consists of at least one heat medium chamber (4.2) of the counterflow evaporator (4) and is arranged in a main probe heat medium circuit (6) of a heating means, and
a feeder probe (3), which comprises at least:
- An outer jacket (3.1), which is enclosed on its outer side from the soil,
- A probe gap (3.2) which is at least partially bounded by the inner side of the outer jacket (3.1) and a probe bottom (3.3), in which the main probe (2) is arranged, and
- at least one inlet (7.1), ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Erdwärmesonde, welche zur Bereitstellung von Erdwärme dient.The invention relates to a geothermal probe, which serves to provide geothermal energy.
Solche Vorrichtungen zur Gewinnung von Erdwärme sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, wobei derzeit ein großer Bedarf bezüglich verbesserter und effizienterer Erdwärmesonden für unterschiedliche Anwendungen besteht. Eine dieser Anwendungen betrifft die Gewinnung von mechanischer Energie aus Erdwärme, wobei insbesondere eine Entspannung von mittels Erdwärme verdampften Kältemitteln in einer Strömungsmaschine dafür genutzt wird.Such devices for the production of geothermal energy are known in principle from the prior art, whereby there is currently a great need for improved and more efficient geothermal probes for different applications. One of these applications relates to the extraction of mechanical energy from geothermal energy, in particular a relaxation of geothermal evaporated refrigerant is used in a turbomachine for this purpose.
Solche bekannten Erdwärmesonden sind bspw. in
Aus der
Außerdem wird in der
- – Entziehen von Wärme aus einer Wärmequelle, wobei die diese das Erdreich ist;
- – Übertragen der entzogenen Wärme auf ein in einem geschlossenen Wärmekreislauf zirkulierendes Wärmefluid und Verdampfen des Wärmefluids mittels der übertragenen Wärme unter Erhöhung des Druckes im verdampften Wärmefluid; wobei das unter hohem Druck stehende Wärmefluid eine Strömungsmaschine durchströmt und dabei unter Abkühlung und Entspannung Arbeit leistet; das nach dem Durchströmen der Strömungsmaschine entspannte und abgekühlte Wärmefluid wieder kondensiert wird und der Druck des kondensierten Wärmefluids wieder mittels der Wärme der Erdwärme erhöht wird und das Wärmefluid derart ausgewählt ist, dass sich durch Ausnutzung einer Temperaturspreizung mit einer Maximaltemperatur von nicht mehr als 130°C eine Dampfdruckdifferenz von wenigstens 0,5 MPa realisieren lässt.
- - removing heat from a heat source, this being the soil;
- - Transferring the extracted heat to a circulating in a closed heat cycle thermal fluid and evaporation of the heat fluid by means of the heat transferred with increasing the pressure in the evaporated heat fluid; wherein the high-pressure thermal fluid flows through a turbomachine while performing work under cooling and relaxation; the condensed and cooled after flowing through the turbomachine heat fluid is condensed again and the pressure of the condensed heat fluid is increased again by means of the heat of geothermal heat and the heat fluid is selected such that by utilizing a temperature spread with a maximum temperature of not more than 130 ° C. can realize a vapor pressure difference of at least 0.5 MPa.
Aus der
Als Kältemittel kommen solche in Betracht, welche bei niedrigem Druck in einem Temperaturbereich von 0°C bis –30°C verdampfen, etwa Ammoniak (NH3), Propan (C3H8), Butan (C4H10), Kohlendioxid (CO2), etc.Suitable refrigerants are those which evaporate at low pressure in a temperature range from 0 ° C to -30 ° C, such as ammonia (NH 3 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), carbon dioxide ( CO 2 ), etc.
Ebenso können auch Kombinationen der genannten Stoffe Verwendung finden.Likewise, combinations of the substances mentioned can be used.
Wenn die Temperatur des Erdreichs im Bereich des Verdampfungsraumes etwa 20°C beträgt, so verdampft das Kältemittel. Auf Grund der geringen Dichte des gasförmigen Kältemittels steigt dieses selbständig aus dem Verdampfungsraum über die Steigleitung auf.If the temperature of the soil in the area of the evaporation chamber is about 20 ° C, then the refrigerant evaporates. Due to the low density of the gaseous refrigerant this rises independently from the evaporation space via the riser.
Wird als Kältemittel Ammoniak (NH3) verwendet, welches die Umwelt schädigen kann, wenn es aus der Erdwärmesonde in das umgebende Erdreich eindringt, sind besondere Vorkehrungen zu treffen. Ein Eindringen von Ammoniak in das umgebende Erdreich ist insbesondere dann schädlich, wenn die Gefahr besteht, dass das Ammoniak in wasserführende Schichten gelangt bzw. in die Atmosphäre ausgast; dies gilt es wirksam zu verhindern.If the refrigerant used is ammonia (NH 3 ), which can damage the environment if it penetrates from the geothermal probe into the surrounding soil, special precautions must be taken. Penetration of ammonia into the surrounding soil is particularly harmful if there is a risk that the ammonia gets into water-bearing layers or outgassing into the atmosphere; this is to be effectively prevented.
Aus dem Stand der Technik ist außerdem bekannt, dass Erdwärmesonden auch dazu verwendet werden, um permanent oder zeitweilig anfallende überschüssige Wärmeenergie in die Sonde in üblicher Art und Weise einzutragen und an das umgebende Erdreich durch Wärmeleitung abzugeben.From the prior art it is also known that geothermal probes are also used to permanently or temporarily accumulating excess heat energy to enter the probe in the usual manner and deliver to the surrounding soil by heat conduction.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Erdwärmesonde bereit zu stellen, die bezüglich des Wärmeüberganges vom Wärmemittel zum Kältemittel einen höheren Wirkungsgrad aufweist, die in technisch einfacher Art und Weise eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche realisiert und einen kontinuierlichen Gaststrom des verdampften Kältemittels ermöglicht. Wird als Kältemittel Ammoniak (NH3) verwendet, soll die erforderliche Sicherheit bezüglich eventueller Umweltschädigungen bestehen.The object of the invention is to provide a geothermal probe, which has a higher efficiency with respect to the heat transfer from the heat medium to the refrigerant, which in technical a simple way realized enlargement of the heat transfer surface and allows a continuous flow of gas of the vaporized refrigerant. If ammonia (NH 3 ) is used as the refrigerant, the required safety with regard to possible environmental damage should exist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Wärmesonde mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1 gelöst.The object of the invention is achieved by a heat probe with the features according to claim 1.
Erfindungswesentlich ist, dass die Erdwärmesonde zumindest bestehend aus einer Hauptsonde, welche zumindest umfasst:
einen Verdampferraum, welcher aus zumindest einer Kältemittel-Kammer eines Gegenstromverdampfers besteht und einem geschlossenen Kältemittel-Kreislauf angeordnet ist, einer Steigleitung, welche mit dem unteren Ende des Verdampferraums verbunden ist, einer Zuleitung, welche mit dem Verdampferraum verbunden ist und im Kältemittel-Kreislauf angeordnet ist, einem Wärmetauscherraum, welcher aus zumindest einer Wärmemittel-Kammer des Gegenstromverdampfers besteht und in einem Hauptsonden-Wärmemittel-Kreislauf eines Wärmemittels angeordnet ist, und einer Zubringersonde, welche zumindest umfasst:
einen Außenmantel, welcher an seiner äußeren Seite vom Erdreich umschlossen ist, einem Sondenzwischenraum, welcher zumindest teilweise durch die innere Seite des Außenmantels und einem Sondenboden begrenzt wird, in welchem die Hauptsonde angeordnet ist, und zumindest einem Zulauf, für das flüssige Wärmemittel, welcher in zumindest einem offenen Zubringersonden-Wärmemittel-Kreislauf eines Wärmemittels angeordnet ist.Essential to the invention is that the geothermal probe at least consisting of a main probe, which comprises at least:
an evaporator space, which consists of at least one refrigerant chamber of a countercurrent evaporator and a closed refrigerant circuit is arranged, a riser, which is connected to the lower end of the evaporator chamber, a supply line which is connected to the evaporator chamber and arranged in the refrigerant circuit is a heat exchanger space, which consists of at least one heat medium chamber of the counterflow evaporator and is arranged in a main probe heat medium circuit of a heating means, and a feeder probe, which comprises at least:
an outer sheath which is enclosed on its outer side by the soil, a probe gap, which is at least partially bounded by the inner side of the outer sheath and a probe bottom, in which the main probe is arranged, and at least one inlet, for the liquid heating means, which in at least one open feeder-probe-heater circuit of a heating means is arranged.
Eine erfindungsgemäße Erdwärmesonde ist in üblicher Art und Weise von der Erdoberfläche aus in ein Bohrloch versenkbar, besitzt ein im Bereich der Erdoberfläche anzuordnendes oberes Ende und ein in das Bohrloch zu versenkendes unteres Ende.A geothermal probe according to the invention is sunk in a conventional manner from the surface of the earth into a borehole, has an upper end to be arranged in the region of the earth's surface and a lower end to be sunk into the borehole.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 8 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ohne diese damit zu begrenzen.The dependent claims 2 to 8 contain advantageous embodiments of the invention without limiting this.
Bevorzugt ist, dass die zumindest eine Kältemittel-Kammer
Bevorzugt ist weiterhin, dass die Erdwärmesonde
Die in üblicher Art und Weise gewonnenen Messdaten, beispielsweise durch Temperatur- und Druckmesseinrichtungen ermittelte Temperatur und Druckangaben, werden durch die Mess- und Regeleinrichtung insbesondere dazu verwendet, um zumindest die Kreisläufe: Kältemittel-Kreislauf, Hauptsonden-Wärmemittel-Kreislauf sowie Zubringersonden-Wärmemittel-Kreislauf, der Art aufeinander abzustimmen, dass über die Steigleitung, aus dem Verdampferraum kommend, ein möglichst konstanter Medienstrom anliegt. Dieser konstante Medienstrom ist insbesondere notwendige Voraussetzung, um die erfindungsgemäße Erdwärmesonde als Bestandteil einer kontinuierlich betreibbaren Erdwärme-Gewinnungsanlage zur Erzeugung mechanischer Energie, wobei diese Anlage zumindest eine Strömungsmaschine besitzt, zu verwenden.The measured data obtained in the usual manner, for example temperature and pressure data determined by temperature and pressure measuring devices, are used by the measuring and control device in particular to at least the circuits: refrigerant circuit, main probe heat medium cycle and feeder probe Wärmemittel- Circuit, the type to match that over the riser, coming from the evaporator room, as constant as possible media flow is applied. This constant flow of media is particularly necessary to use the geothermal probe according to the invention as part of a continuously operable geothermal recovery plant for generating mechanical energy, this system has at least one turbomachine.
Die Zubringersonde
Die Zubringersonde
Funktionsbedingt ist der Sondenzwischenraum
Das Frostschutzmittel, wie beispielsweise Alkohol oder Glykol, verhindert dabei ein Gefrieren des flüssigen Wärmeträgers, beispielsweise des Wassers, bei diesbezüglich niedrigen Verdampfungstemperaturen.The antifreeze, such as alcohol or glycol, thereby preventing freezing of the liquid heat carrier, such as water, in this regard, low evaporation temperatures.
Dieses flüssige Medium wird primär als Wärmeträger, welcher primär der Wärmeleitung dient, verwendet, mit welchem Erdwärme zur Hauptsonde oder überschüssige Wärme zur Hauptsonde und/oder aus der Erdwärmesonde in das umgebende Erdreich durch Wärmeleitung geleitet wird. Das flüssige Wärmemittel wird somit sowohl im vorzugsweise geschlossenen Hauptsonden-Wärmemittel-Kreislauf
Überschüssige Abwärme kann somit in einfachster Art und Weise in das Erdreich geleitet werden, wodurch beispielsweise das Ausbilden eines Frostmantels um die Erdwärmesonde
Die Saugleitung
Der Zulauf
Alternativ besteht die Möglichkeit, mehr als einen Zulauf
Als flüssiges Medium kann beispielsweise ein unter Umweltgesichtspunkten unbedenkliches Wasser-Alkohol-Gemisch, bspw. ein Wasser-Äthanol-Gemisch, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder eine Kombination aus beidem dienen. Der Alkohol bzw. das Glykol verhindert dabei ein Gefrieren des Wassers bei diesbezüglich niedrigen Verdampfungstemperaturen.As a liquid medium, for example, a harmless from an environmental point of view water-alcohol mixture, for example. A water-ethanol mixture, a water-glycol mixture or a combination of both serve. The alcohol or glycol prevents freezing of the water in this regard low evaporation temperatures.
Die Bauteile der Erdwärmesonde
Die Erdwärmesonde
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch eine Erdwärme-Gewinnungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.The object of the invention is also achieved by a geothermal recovery plant with the features of
Die abhängigen Ansprüche 10 bis 11 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Erdwärme-Gewinnungsanlage ohne diese damit zu begrenzen.The dependent claims 10 to 11 contain advantageous embodiments of the geothermal recovery plant according to the invention without this limit.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende
Das Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Erdwärmesonde wird nachfolgend mit Bezug auf
Die Erdwärmesonde
Im Sinne der Erfindung können Außenmantel
Üblicherweise ist der Außenmantel
Die in der Zubringersonde
Die Hauptsonde
Zumindest im funktionsbereiten Zustand der Erdwärmesonde
Das flüssige Medium ist bezüglich Art und Zusammensetzung in üblicher Art und Weise so gewählt, dass es bei einem etwaigen Austritt aus der Zubringersonde
Außerdem ist die Zusammensetzung des flüssigen Mediums so gewählt, dass dieses auch bei Temperaturen von bis zu –20°C und vorzugsweise bis zu –30°C im Sondenzwischenraum
Das Glykol dient als Frostschutzmittel, um ein Einfrieren des Wassers in der Hauptsonde
Alternativ zu Glykol kann jedes andere auf dem freien Markt verfügbare Frostschutzmittel eingesetzt werden, hilfsweise auch Salzwasser oder mit Leichtöl versetztes Wasser, was ebenfalls das Einfrieren verhindert.As an alternative to glycol, any other antifreeze available on the open market can be used, as well as salt water or light oil, which also prevents freezing.
Statt Glykol können aber auch andere, das Gefrieren des Wassers verhindernde Zusätze Verwendung finden, beispielsweise andere Alkohole oder Äthanol.Instead of glycol, however, it is also possible to use other additives which prevent freezing of the water, for example other alcohols or ethanol.
Die Hauptsonde
Der Gegenstromverdampfers
Der Gegenstromverdampfers
Damit besteht der Verdampferraum
Der Gegenstromverdampfers
Der Wärmetauscherraum
Zusätzlich kann der Außenmantel
Die Erdwärmesonde kann eine Mess- und Regeleinrichtung
Nachfolgend wird die grundsätzliche Funktionsweise der Erdwärmesonde
Der zumindest zwei Kammern besitzende Gegenstromverdampfer
The at least two chambers possessing
Alternativ kann jedes andere Kühlmittel, z. B. CO2, Propan, etc., als Ersatz für NH3 genutzt werden, was jedoch die Effektivität und damit die Gasfördermenge verringert. Durch die Temperaturspreizung der beiden Flüssigkeiten im Gegenstromverdampfer
Die Verdampfung beginnt in Strömungsrichtung im ersten Segment
Dieser Nassdampf wird im zweiten Segment
Am unteren Ende des dritten Segments
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Erdwärmesondegeothermal probe
- 22
- Hauptsondemain probe
- 2.12.1
- Verdampferraumevaporation chamber
- 2.22.2
- Steigleitungriser
- 2.212.21
- Steigleitung, unteres EndeRiser, lower end
- 2.32.3
- Wärmetauscherraumheat exchanger space
- 33
- ZubringersondeShuttle probe
- 3.13.1
- Außenmantelouter sheath
- 3.113.11
- Isolation, thermischeIsolation, thermal
- 3.23.2
- SondenzwischenraumProbe gap
- 3.33.3
- Sondenbodenprobe ground
- 44
- GegenstromverdampferCounterflow evaporator
- 4.14.1
- Kältemittel-KammerRefrigerant chamber
- 4.24.2
- Wärmemittel-KammerHeat agent chamber
- 4.31, 4.32 und 4.334.31, 4.32 and 4.33
- Segmente des GegenstromverdampfersSegments of the countercurrent evaporator
- 55
- Kältemittel-KreislaufRefrigerant circulation
- 5.15.1
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 66
- Hauptsonden-Wärmemittel-KreislaufMain probe heat medium circuit
- 6.16.1
- Saugleitungsuction
- 6.26.2
- ZulaufIntake
- 77
- Zubringersonden-Wärmemittel-KreislaufShuttle probe heat medium circuit
- 7.17.1
- ZulaufIntake
- 7.27.2
- Saugleitungsuction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 20320409 U1 [0003] DE 20320409 U1 [0003]
- DE 102005049215 A1 [0004, 0005] DE 102005049215 A1 [0004, 0005]
- EP 1923569 A1 [0006] EP 1923569 A1 [0006]
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202012003480U DE202012003480U1 (en) | 2012-04-05 | 2012-04-05 | geothermal probe |
Applications Claiming Priority (1)
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DE202012003480U DE202012003480U1 (en) | 2012-04-05 | 2012-04-05 | geothermal probe |
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DE202012003480U1 true DE202012003480U1 (en) | 2012-05-29 |
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ID=46510481
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202012003480U Expired - Lifetime DE202012003480U1 (en) | 2012-04-05 | 2012-04-05 | geothermal probe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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Effective date: 20120719 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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