PL221045B1 - Sonda geotermalna - Google Patents
Sonda geotermalnaInfo
- Publication number
- PL221045B1 PL221045B1 PL396189A PL39618911A PL221045B1 PL 221045 B1 PL221045 B1 PL 221045B1 PL 396189 A PL396189 A PL 396189A PL 39618911 A PL39618911 A PL 39618911A PL 221045 B1 PL221045 B1 PL 221045B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- probe
- head
- amount
- weight
- thermoplastic
- Prior art date
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 57
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 22
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 20
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 13
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 claims description 12
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 11
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 9
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims description 9
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 8
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012760 heat stabilizer Substances 0.000 claims description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 239000012963 UV stabilizer Substances 0.000 claims description 4
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 4
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000003017 thermal stabilizer Substances 0.000 claims description 3
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 229920002397 thermoplastic olefin Polymers 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sonda geotermalna stosowana jako wymiennik gruntowy o niskiej entalpii do pobierania ciepła zawartego w warstwach ziemi na głębokości rzędu 100 m.
Znane są powszechnie sondy geotermalne do umieszczania w pionowych otworach gruntowych. Taka sonda geotermalna jest wyposażona w co najmniej jedną parę rur wymiennikowych z cieczowym nośnikiem ciepła, przy czym rury wymiennikowe w górnej części nad otworem gruntowym są połączone z odbiornikiem ciepła, zaś w dolnej części otworu gruntowego z głowicą z kanałem zwrotnym.
W sondach geotermalnych istnieje konieczność stosowania na rury wymiennikowe o dużej długości (ponad 100 m) i średnicy rzędu 40 mm materiałów elastycznych, umożliwiających z jednej strony nawinięcie tych rur na szpulę do transportu do miejsca montażu w otworze gruntowym, a zarazem odpornych na odkształcenia w głębokich otworach gruntowych, zaś z drugiej strony odpornych na korozję w zasolonych wodach gruntowych, co wymusza stosowanie rur wymiennikowych wytłaczanych z tworzyw sztucznych, zaś znane tworzywa sztuczne do tego celu charakteryzują się stosunkowo niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła. Dotychczasowe rozwiązania sond geotermalnych, z uwagi na używane materiały o niskim współczynniku przewodzenia ciepła, a także utrzymywaniu przepływu laminarnego na całej długości przepływu płynu transportującego ciepło, nie pozwalają w pełni pozyskać ciepła dostarczanego przez grunt i zapewnić właściwej sprawności energetycznej instalacji.
Na rynku znane są powszechnie termoplastyczne tworzywa polimerowe, które zasadniczo nie nadają się do zastosowania w przypadku wymaganego zastosowania termoplastycznego tworzywa sztucznego o zwiększonym współczynniku przewodzenia ciepła, na przykład do przewodzenia ciepła pomiędzy mediami przenoszącymi ciepło, oddzielonymi przegrodami z tworzywa sztucznego.
Z drugiej strony, ze względu na olbrzymie zapotrzebowanie na wymienniki gruntowe o niskiej entalpii w postaci sond geotermalnych, potrzebne są na rynku kompozycje polimerowe, posiadające z jednej strony wymagane właściwości mechaniczne i termiczne, takie jak odpowiedni moduł sprężystości, udarność, wytrzymałość na naprężenia, a z drugiej strony podwyższoną przewodność cieplną.
Znane jest na przykład z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr P.387161 termoplastyczne tworzywo poliolefinowe, zawierające jako bazowy polimer tworzywo poliolefinowe o wzorze (I):
-(CH2 - CH)n - (/),
R gdzie R oznacza H, CH3, Ph, a n oznacza liczbę merów, środek utrudniający palenie, polimer przewodzący, dodatki takie jak stabilizatory UV, środki barwiące, antyutleniacze, środki zapobiegające kapaniu tworzywa, wypełniacze mineralne, włókna szklane lub włókna węglowe. To termoplastyczne tworzywo poliolefinowe charakteryzuje się współczynnikiem przewodzenia ciepła, stosunkowo niewiele wyższym od współczynnika przewodzenia bazowego polimeru.
Z publikacji amerykańskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr US 2011011558 A1 znana jest geotermalna rura do geotermalnych systemów używanych do ogrzewania i chłodzenia budynków, która to rura jest w bazowym polimerze, będącym opcjonalnie w postaci tworzywa poliolefinowego, zawiera cząstki stałe przewodzące ciepło, którymi opcjonalnie mogą być cząstki metali. Ponadto ta znana rura zachowuje odpowiednią elastyczność.
Znana jest z publikacji europejskiego dokumentu patentowego nr EP 2273213 A2 wykonana z tworzywa sztucznego głowica sondy z kanałem zwrotnym utworzonym przez dwie rozłącznie połączone połówki głowicy.
Z kolei z publikacji opisu chińskiego wzoru użytkowego nr CN 201697396 U znana jest wykonana z tworzywa termoplastycznego głowica sondy w postaci połączonych rozłącznie połówek, przy czym w każdej połówce jest uformowany odrębnie i szczelnie kanał zwrotny zakończony na obu końcach gniazdami osadczymi do odpowiedniego połączenia z rurą dopływową albo rurą odpływową pary rur wymiennikowych sondy.
W publikacji chińskiego dokumentu patentowego nr CN 1825049 A ujawniono rurę kompozytową tworzywową, dobrze przewodzącą ciepło, na bazie polichlorku winylu, zawierającą w tworzywie
PL 221 045 B1 proszek metalowy, stabilizator i środki pomocnicze, przy czym to znane rozwiązanie nie dotyczy tworzywa poliolefinowego.
Ponadto w publikacji francuskiego dokumentu patentowego nr FR 2512035 A1 ujawniono rurę wymiennikową zawierającą polietylen o dużej gęstości (HDPE) i proszek aluminiowy.
Sonda geotermalna do umieszczenia w pionowym otworze gruntowym, wyposażona w co najmniej jedną parę rur wymiennikowych z cieczowym nośnikiem ciepła, przy czym rury wymiennikowe w górnej części nad otworem gruntowym są połączone z odbiornikiem ciepła, zaś w dolnej części otworu gruntowego z głowicą z kanałem zwrotnym, a co najmniej jedna rura wymiennikowa sondy jest wytłoczona z tworzywa termoplastycznego o zwiększonym współczynniku przewodzenia ciepła, przy czym tworzywo termoplastyczne zawiera następujące składniki:
a) bazowy polimer w postaci tworzywa poliolefinowego o wzorze (I):
-(CH2 - CH)n - (/),
R gdzie R oznacza H, CH3, Ph, a n oznacza liczbę merów,
b) proszek metalowy, korzystnie proszek aluminiowy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że składnik a) jest w ilości 50 * 94,5% wagowych, korzystnie 77 * 87% wagowych, zaś składnik b) jest w ilości 5 * 49,5% wagowych, korzystnie w ilości 10 * 20% wagowych i jest w postaci proszku 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm, a ponadto tworzywo termoplastyczne zawiera następujące składniki:
c) środek wiążący poprawiający homogenizację pomiędzy bazowym polimerem a proszkiem metalowym, w ilości 0,5 * 10% wagowych;
d) korzystnie dodatki wybrane ze zbioru: stabilizator UV, środek barwiący, antyutleniacz, stabilizator termiczny i stabilizator elastyczności, łącznie w ilości do 44,5% wagowych, przy czym rura wymiennikowa sondy posiada zewnętrzną warstwę osłonową z bazowego polimeru tworzywa termoplastycznego, korzystnie o grubości mniejszej od 5% całkowitej grubości ścianki tej rury wymiennikowej.
W korzystnym wykonaniu sondy tworzywo termoplastyczne rury wymiennikowej sondy jako składnik a) zawiera polietylen o dużej gęstości (HDPE) o wskaźniku płynięcia MFR wynoszącym 0,1 * 0,4 g/10 min (5 kg/190°C) w ilości 83,45% wagowych, korzystnie polietylen PE 100, a jako składnik b) zawiera proszek aluminiowy 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm w ilości 10% wagowych, zaś jako składniki c) i d) zawiera stabilizator termiczny, środek barwiący oraz środek wiążący, łącznie w ilości 6,55%, przy czym korzystnie jako środek wiążący zawiera modyfikowaną poliolefinę, zawierającą grupy funkcyjne zwiększające adhezję pomiędzy bazowym polimerem i proszkiem aluminium.
W kolejnym korzystnym wykonaniu sondy jej rura wymiennikowa posiada wewnętrzną warstwę osłonową z bazowego polimeru tworzywa termoplastycznego, korzystnie o grubości mniejszej od 5% całkowitej grubości ścianki tej rury wymiennikowej.
W następnym korzystnym wykonaniu sondy jej rura wymiennikowa posiada nominalną średnicę zewnętrzną 32 mm, przy nominalnej grubości ścianki 3 mm.
W kolejnym korzystnym wykonaniu sondy jej głowica jest w postaci wypraski wtryskowej z tworzywa termoplastycznego, które jako składnik a) zawiera polietylen o dużej gęstości (HDPE) o wskaźniku płynięcia MFR wynoszącym 0,1 0,4 g/10 min (5 kg/190°C) w ilości 82% wagowych, korzystnie polietylen PE 100, a jako składnik b) zawiera proszek aluminiowy 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm w ilości 15% wagowych, zaś jako składniki c) i d) zawiera stabilizator termiczny, środek barwiący oraz środek wiążący, łącznie w ilości 3%, przy czym korzystnie jako środek wiążący zawiera krzemionkę bezpostaciową, uwodnioną, strąconą w środowisku wodnym, wysoko rozdrobnioną.
W następnym korzystnym wykonaniu sondy jej głowica jest w postaci odlewu metalowego.
W kolejnym korzystnym wykonaniu sondy kanał zwrotny jej głowicy posiada kołowy przekrój poprzeczny i średnicę równą w przybliżeniu średnicy wewnętrznej rury wymiennikowej.
W następnym korzystnym wykonaniu sondy jej głowica posiada przegrodę mieszającą, umieszczoną poprzecznie w kanale zwrotnym głowicy, przy czym przegroda mieszająca głowicy jest złożona z co najmniej jednego trzpienia o średnicy w zakresie 10 * 25% średnicy wewnętrznej kanału zwrotnego głowicy.
PL 221 045 B1
W kolejnym korzystnym wykonaniu sondy przegroda mieszająca jej głowicy jest w postaci pojedynczego trzpienia albo pary równoległych trzpieni albo też trzpienie przegrody mieszającej w głowicy są ułożone promieniowo, równomiernie obwodowo co 90° albo co 120°.
Tworzywo termoplastyczne zastosowane na sondy według wynalazku charakteryzuje się odpowiednimi do zastosowania właściwościami użytkowymi: mechanicznymi i termicznymi oraz zwiększonym przewodnictwem cieplnym, przy czym tworzywo termoplastyczne zawiera korzystnie standardowy polimer termoplastyczny w postaci polietylenu oraz jest wytwarzane na standartowych wytłaczarkach i jest przeznaczone na elementy wtryskowe albo do wytłaczania przy wykorzystaniu łatwo dostępnych maszyn wtryskowych i wytłaczających, przez co sonda geotermalna jest tania w wytwarzaniu oraz posiada dużą sprawność cieplną i odporność na korozję, zarówno w otworze gruntowym, jak i w medium przenoszącym ciepło wewnątrz sondy.
Rozwiązanie według wynalazku pozwala przykładowo, zasadniczo dzięki zastosowaniu tworzywa termoplastycznego o zwiększonym współczynniku przewodzenia ciepła, przy tych samych wymiarach sondy geotermalnej uzyskać wzrost o około 30% ilości pozyskiwanego ciepła lub też przy tej samej ilości pozyskiwanego ciepła uzyskać zmniejszenie średnicy rur wymiennikowych na przykład ze średnicy nominalnej 40 mm do 32 mm, a tym samych na odpowiednie zmniejszenie rozmiarów głowicy i średnicy otworu gruntowego dla sondy, co ma zasadniczy wpływ na obniżenie kosztów wiercenia otworu gruntowego.
Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sondę geotermalną umieszczoną w otworze gruntowym w przekroju osiowym, fig. 2 * 4 przedstawiają powiększone fragmenty rury wymiennikowej w półprzekroju w różnych wykonaniach, fig. 5 * 11 - połówkę głowicy, odpowiednio w widoku z przodu, przekroju wzdłuż linii A-A pokazanej na fig. 5, widoku od środka, przekroju wzdłuż linii B-B pokazanej na fig. 5, widoku z góry, widoku z dołu i przekroju wzdłuż linii C-C pokazanej na fig. 9, fig. 12 przedstawia lewą i prawą połówkę głowicy przed złożeniem w widoku perspektywicznym z przodu, boku i góry, fig. 13 * 16 przedstawiają powiększony fragment kanału zwrotnego głowicy w przekroju poprzecznym z różnymi wykonaniami przegrody mieszającej, fig. 17 przedstawia otwór gruntowy w przekroju osiowym z poglądowym wykresem rozkładu temperatury w zależności od głębokości w ziemi, zaś fig. 18 - sondę geotermalną w przekroju osiowym z poglądowym wykresem rozkładu temperatury, po zastosowaniu przegrody mieszającej, w zależności od głębokości w ziemi.
Sonda 1 geotermalna do umieszczenia w pionowym otworze gruntowym 2 jest wyposażona w dwie pary rur wymiennikowych 3 z cieczowym nośnikiem ciepła. Rury wymiennikowe 3 w górnej części nad otworem gruntowym 2 są połączone z odbiornikiem ciepła, zaś w dolnej części otworu gruntowego 2 z głowicą 4 z dwoma kanałami zwrotnymi 5. Rury wymiennikowe 3 sondy 1 są wytłoczone z tworzywa termoplastycznego o zwiększonym współczynniku przewodzenia ciepła, a głowica 4 sondy 1 jest w postaci wypraski wtryskowej z tego tworzywa termoplastycznego, przy czym tworzywo termoplastyczne zawiera bazowy polimer w postaci tworzywa poliolefinowego o wzorze (I):
-(CH2 - CH)n - (/),
R gdzie R oznacza H, CH3, Ph, a n oznacza liczbę merów, w ilości 77 * 87% wagowych, proszek aluminiowy w ilości 10 * 20% wagowych, środek wiążący, poprawiający homogenizację pomiędzy bazowym polimerem a proszkiem metalowym, łącznie w ilości 0,5 * 10% wagowych oraz dodatki wybrane ze zbioru: stabilizator UV, środek barwiący, antyutleniacz, stabilizator termiczny i stabilizator elastyczności, łącznie w ilości do 44,5% wagowych.
Rura wymiennikowa 3 sondy 1 posiada nominalną średnicę zewnętrzną 32 mm, przy nominalnej grubości ścianki 3 mm, przy czym rura wymiennikowa 3 posiada wewnętrzną warstwę osłonową 6 z bazowego polimeru tworzywa termoplastycznego, o grubości 0,15 mm, dla ochrony przed korozją wewnętrzną, zewnętrzną warstwę osłonową 7 z czystego, pozbawionego dodatków, bazowego polimeru tworzywa termoplastycznego, o grubości 0,15 mm, dla ochrony przed korozją wewnętrzną oraz środkową warstwę przewodzącą 8 z tworzywa termoplastycznego o zwiększonym współczynniku przewodzenia ciepła. Zasadniczym celem zastosowania warstw osłonowych 6 i 7 jest ochrona przed korozją powierzchniową tworzywa termoplastycznego o zwiększonym współczynniku przewodzenia ciepła na rury wymiennikowe 3, które to tworzywo zawiera cząstki metalu i modyfikatory. W zależności
PL 221 045 B1 od użytych roztworów płynów transportujących ciepło w rurach wymiennikowych 3 można użyć rury wymiennikowej 3 z wewnętrzną warstwą osłonową 6. Z kolei w otworach gruntowych, w których stwierdzono obecność wód o znacznym stopniu zasolenia celowym jest zastosowanie rury wymiennikowej 3 z zewnętrzną warstwą osłonową 7.
Głowica 4 sondy 1 zawiera lewą połówkę 9 i prawą połówkę 10 głowicy 4, przy czym głowica 4 posiada dwa kanały zwrotne 5, z których każdy jest uformowany odrębnie i szczelnie w innej z połówek 9 albo 10 głowicy 4 oraz jest zakończony na obu końcach gniazdami osadczymi 11, połączonymi odpowiednio z rurą dopływową 12 albo rurą odpływową 13 pary rur wymiennikowych 3 sondy 1, przy czym połówki 9 i 10 głowicy 4 sondy 1 są połączone rozłącznie. Każdy z kanałów zwrotnych 5 głowicy 4 posiada kołowy przekrój poprzeczny i średnicę równą średnicy wewnętrznej rury wymiennikowej 3. Ponadto głowica 4 sondy 1 posiada przegrodę mieszającą 14, umieszczoną poprzecznie w każdym z kanałów zwrotnych 5 głowicy 4 i złożoną z co najmniej jednego trzpienia 15 średnicy w zakresie 3 * 6 mm.
W różnych wykonaniach przegroda mieszająca 14 głowicy 4 jest w postaci pojedynczego trzpienia 15 albo pary równoległych trzpieni 15 albo czterech trzpieni 15 ułożonych promieniowo, równomiernie obwodowo co 90° albo też trzech trzpieni 15 ułożonych promieniowo, równomiernie obwodowo co 120°.
Na fig. 17 przedstawiono w sposób poglądowy wykres rozkładu temperatury w otworze gruntowym 2 w zależności od odległości od powierzchni ziemi, zaś na fig. 18 pokazano sondę 1 geotermalną z przegrodą mieszającą 14 i wykresem rozkładu temperatury w rurach wymiennikowych 3, to jest w rurze dopływowej 12 i rurze odpływowej 13.
W otworze gruntowym 2, od odpowiedniej głębokości (13 * 16 m) poniżej strefy przemarzania (1,5 * 2 m od powierzchni ziemi) występuje temperatura niezależna od pory roku, a rosnąca w głąb ziemi o 1°C na około 33 m głębokości,
W rurze dopływowej 12, na całej jej długości ze strefy przyziemnej 16 do głowicy 4, występuje przepływ laminarny (uporządkowany po torach równoległych) płynu transportującego ciepło, przez co cząsteczki płynu nie mieszają się ze sobą, a strumień płynu w strefie roboczej 17 w okolicy osi rury dopływowej 12 posiada temperaturę minimalną Tmin, dużo niższą od temperatury maksymalnej Tmax występującej przy ściance rury dopływowej 12. Różnica temperatur ΔT pomiędzy temperaturą zewnętrzną Totw w otworze gruntowym 2 i wspomnianą temperaturą maksymalną Tmax przy ściance rury dopływowej 12 zmniejsza się, przez co nie pozwala w pełni pozyskać ciepła dostarczanego przez grunt.
Dzięki zastosowaniu przegrody mieszającej 14 w kanale zwrotnym 5 głowicy 4 następuje przepływ turbulentny, mieszanie płynu transportującego ciepło i wyrównanie jego temperatury w całym przekroju poprzecznym, a do rury odpływowej 13 dopływa płyn transportujący o temperaturze uśrednionej Tuśr, dużo niższej od temperatury zewnętrznej Totw. Różnica temperatur ΔT pomiędzy temperaturą zewnętrzną Totw w otworze gruntowym 2 i temperaturą maksymalną Tmax przy ściance rury odpływowej 13 na jej wlocie (równą temperaturze uśrednionej Tuśr) jest większa niż na wylocie rury dopływowej, przez co ilość pozyskanego ciepła wzrasta i następuje poprawa sprawności energetycznej instalacji.
Przykłady zastosowanego tworzywa termoplastycznego przedstawiono poniżej.
P r z y k ł a d 1
Tworzywo termoplastyczne zastosowane na rury wymiennikowe 3.
Mieszaninę zawierającą 83,45% wagowych polietylenu PE100 o wskaźniku płynięcia MFR wynoszącym 0,1 * 0,4 g/10 min (5 kg/190°C), 10% wagowych proszku aluminiowego 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm oraz łącznie 6,55% stabilizatora termicznego, środka barwiącego i środka wiążącego w postaci modyfikowanej poliolefiny zawierającą grupy funkcyjne zwiększające adhezję pomiędzy bazowym polimerem i proszkiem aluminium zmieszano przez wytłaczanie w temperaturze od 200 do 250°C we współbieżnej wytłaczarce dwuślimakowej z dozownikami bocznymi otrzymując granulat. Z otrzymanego granulatu wytłoczono rurę PE C10 fi 32 * 3,0 (nominalna średnica 32 * 0,3 mm; grubość ścianki 3,0 * 0,4 mm), seria rurowa S5, znormalizowany stosunek wymiarów SDR 11, zgodnie z normą PN-EN 12201-2.
Następnie rury poddano badaniom właściwości mechanicznych, to jest odporności na ciśnienie wewnętrzne.
PL 221 045 B1
Parametry badania i uzyskane wyniki:
| Naprężenie hydrostatyczne (obwodowe) [MPa] | Temperatura badania [°C] | Czas badania [h] | Liczba próbek do badań | NORMA |
| 16,0 | 20 | 1 | 3 | EN ISO 15874 |
| Wynik próby: pozytywny | ||||
| 12,4 | 20 | 100 | 3 | EN 12201 |
| Wynik próby: pozytywny |
P r z y k ł a d 2
Tworzywo termoplastyczne zastosowane na głowicę 4.
Mieszaninę zawierającą 82% wagowych polietylenu o dużej gęstości (HDPE) o wskaźniku płynięcia MFR wynoszącym 0,1 * 0,4 g/10 min (5 kg/190°C), 15% proszku aluminiowego 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm oraz łącznie 3% stabilizatora termicznego, środka barwiącego i środka wiążącego w postaci krzemionki bezpostaciowej, uwodnionej, strąconej w środowisku wodnym, wysoko rozdrobnionej zmieszano przez wytłaczanie w temperaturze od 200 do 250°C we współbieżnej wytłaczarce dwuślimakowej z dozownikami bocznymi otrzymując granulat. Z otrzymanego tworzywa uformowano przy pomocy wtryskarki lewą połówkę 9 i prawą połówkę 10 głowicy 4. Następnie uzyskane elementy poddano badaniom wytrzymałościowym oraz badaniom przewodnictwa cieplnego.
Uzyskane wyniki:
| Lp. | Rodzaj badania | Wynik |
| 1. | Moduł sprężystości [MPa] | 750 |
| 2. | Udarność Charpy z karbem [KJ/m2] | > 19,0 |
| 3. | Przewodność cieplna |^j | 0,56 * 0,58 |
| 4. | MFR (190°C/5 kg) | 0,20 * 0,25 |
Zastrzeżenia patentowe
Claims (11)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sonda geotermalna do umieszczenia w pionowym otworze gruntowym, wyposażona w co najmniej jedną parę rur wymiennikowych z cieczowym nośnikiem ciepła, przy czym rury wymiennikowe w górnej części nad otworem gruntowym są połączone z odbiornikiem ciepła, zaś w dolnej części otworu gruntowego z głowicą z kanałem zwrotnym, a co najmniej jedna rura wymiennikowa sondy jest wytłoczona z tworzywa termoplastycznego o zwiększonym współczynniku przewodzenia ciepła, przy czym tworzywo termoplastyczne zawiera następujące składniki:a) bazowy polimer w postaci tworzywa poliolefinowego o wzorze (I):-(CH2 - CH)n - (/),R gdzie R oznacza H, CH3, Ph, a n oznacza liczbę merów,b) proszek metalowy, korzystnie proszek aluminiowy, znamienna tym, że składnik a) jest w ilości 50 * 94,5% wagowych, korzystnie 77 * 87% wagowych, zaś składnik b) jest w ilości 5 * 49,5% wagowych, korzystnie w ilości 10 * 20% wagowych i jest w postaci proszku 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm, a ponadto tworzywo termoplastyczne zawiera następujące składniki:c) środek wiążący, poprawiający homogenizację pomiędzy bazowym polimerem a proszkiem metalowym, w ilości 0,5 * 10% wagowych;d) korzystnie dodatki wybrane ze zbioru: stabilizator UV, środek barwiący, antyutleniacz, stabilizator termiczny i stabilizator elastyczności, łącznie w ilości do 44,5% wagowych,PL 221 045 B1 przy czym rura wymiennikowa (3) sondy (1) posiada zewnętrzną warstwę osłonową (7) z bazowego polimeru tworzywa termoplastycznego, korzystnie o grubości mniejszej od 5% całkowitej grubości ścianki tej rury wymiennikowej (3).
- 2. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że tworzywo termoplastyczne rury wymiennikowej (3) sondy (1) jako składnik a) zawiera polietylen o dużej gęstości (HDPE) o wskaźniku płynięcia MFR wynoszącym 0,1 0,4 g/10 min (5 kg/190°C) w ilości 83,45% wagowych, korzystnie polietylen PE 100, a jako składnik b) zawiera proszek aluminiowy 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm w ilości 10% wagowych, zaś jako składniki c) i d) zawiera stabilizator termiczny, środek barwiący oraz środek wiążący, łącznie w ilości 6,55%, przy czym korzystnie jako środek wiążący zawiera modyfikowaną poliolefinę, zawierającą grupy funkcyjne zwiększające adhezję pomiędzy bazowym polimerem i proszkiem aluminium.
- 3. Sonda według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że rura wymiennikowa (3) sondy (1) posiada wewnętrzną warstwę osłonową (6) z bazowego polimeru tworzywa termoplastycznego, korzystnie o grubości mniejszej od 5% całkowitej grubości ścianki tej rury wymiennikowej (3).
- 4. Sonda według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że rura wymiennikowa (3) sondy (1) posiada nominalną średnicę zewnętrzną 32 mm, przy nominalnej grubości ścianki 3 mm.
- 5. Sonda według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że głowica (4) sondy (1) jest w postaci wypraski wtryskowej z tworzywa termoplastycznego, które jako składnik a) zawiera polietylen o dużej gęstości (HDPE) o wskaźniku płynięcia MFR wynoszącym 0,1 * 0,4 g/10 min (5 kg/190°C) w ilości 82% wagowych, korzystnie polietylen PE 100, a jako składnik b) zawiera proszek aluminiowy 99,7% o granulacji poniżej 0,045 mm w ilości 15% wagowych, zaś jako składniki c) i d) zawiera stabilizator termiczny, środek barwiący oraz środek wiążący, łącznie w ilości 3%, przy czym korzystnie jako środek wiążący zawiera krzemionkę bezpostaciową, uwodnioną, strąconą w środowisku wodnym, wysoko rozdrobnioną.
- 6. Sonda według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że głowica (4) sondy (1) jest w postaci odlewu metalowego.
- 7. Sonda według zastrz. 1 albo 5, albo 6, znamienna tym, że kanał zwrotny (5) głowicy (4) posiada kołowy przekrój poprzeczny i średnicę równą w przybliżeniu średnicy wewnętrznej rury wymiennikowej (3).
- 8. Sonda według zastrz. 1 albo 5, albo 6, albo 7, znamienna tym, że głowica (4) sondy (1) posiada przegrodę mieszającą (14), umieszczoną poprzecznie w kanale zwrotnym (5) głowicy (4).
- 9. Sonda według zastrz. 8, znamienna tym, że przegroda mieszająca (14) głowicy (4) jest złożona z co najmniej jednego trzpienia (15) o średnicy w zakresie 10 * 25% średnicy wewnętrznej kanału zwrotnego (5) głowicy (4).
- 10. Sonda według zastrz. 9, znamienna tym, że przegroda mieszająca (14) głowicy (4) jest w postaci pojedynczego trzpienia (15) albo pary równoległych trzpieni (15).
- 11. Sonda według zastrz. 9, znamienna tym, że trzpienie (15) przegrody mieszającej (14) w głowicy (4) są ułożone promieniowo, równomiernie obwodowo co 90° albo co 120°.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL396189A PL221045B1 (pl) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Sonda geotermalna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL396189A PL221045B1 (pl) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Sonda geotermalna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL396189A1 PL396189A1 (pl) | 2013-03-04 |
| PL221045B1 true PL221045B1 (pl) | 2016-02-29 |
Family
ID=47846363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL396189A PL221045B1 (pl) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Sonda geotermalna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL221045B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL425257A1 (pl) * | 2018-04-17 | 2019-07-15 | Aspol-Fv Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Głowica sondy geotermalnej z rurą aplikacyjno-iniekcyjną |
-
2011
- 2011-09-02 PL PL396189A patent/PL221045B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL396189A1 (pl) | 2013-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100379809C (zh) | 适用于光学纤维电缆组件的聚烯烃材料 | |
| US20110073799A1 (en) | Thermally conductive polymer compositions | |
| PL204334B1 (pl) | Wielowarstwowe rury poliolefinowe, sposób ich wytwarzania i zastosowanie wielowarstwowych rur poliolefinowych | |
| CN113474402B (zh) | 热塑性模塑组合物 | |
| WO2011022406A2 (en) | Turbulence inducing heat exchanger | |
| CN102424713B (zh) | 超静音彩塑复合聚氯乙烯排水管材及其制造方法 | |
| PL221045B1 (pl) | Sonda geotermalna | |
| CN107187114A (zh) | 一种防结垢型地暖管及其制备方法 | |
| CN106810844A (zh) | 改性聚苯醚组合物及制备方法 | |
| CN104781354A (zh) | 硅氧烷基管涂层 | |
| EA016603B1 (ru) | Коллектор | |
| KR101129476B1 (ko) | 고온 파이프 | |
| JP6798884B2 (ja) | 油およびガス回収物品 | |
| ES3047460T3 (en) | Polyolefin pressure pipe resin | |
| US11389996B1 (en) | Method of making a monolithic and integral air transfer apparatus | |
| CN207922370U (zh) | 一种热水循环系统 | |
| CN109611935B (zh) | 一种带分水器的地热循环系统 | |
| CN103534302B (zh) | 具有改善的迁移性能的聚烯烃管材 | |
| CN111788446A (zh) | 用于流体热管理的储热能力装置的组合物和方法 | |
| CN109320843A (zh) | 阻燃聚丙烯保温材料及其制备方法 | |
| CN212860666U (zh) | 一种防火绝热聚乙烯管材 | |
| CN102494199A (zh) | 一种采暖用带阻氧层的高导热pe-rt管材 | |
| US7790256B2 (en) | Composite tube | |
| JP5995540B2 (ja) | 樹脂製タンク | |
| KR102374927B1 (ko) | 고열전도 복합 열교환배관을 이용한 지열시스템 |