DE20320409U1 - Erdwärmesonde - Google Patents
Erdwärmesonde Download PDFInfo
- Publication number
- DE20320409U1 DE20320409U1 DE20320409U DE20320409U DE20320409U1 DE 20320409 U1 DE20320409 U1 DE 20320409U1 DE 20320409 U DE20320409 U DE 20320409U DE 20320409 U DE20320409 U DE 20320409U DE 20320409 U1 DE20320409 U1 DE 20320409U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat
- heat pipe
- geothermal probe
- probe according
- geothermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 19
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 2
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- GHYOCDFICYLMRF-UTIIJYGPSA-N (2S,3R)-N-[(2S)-3-(cyclopenten-1-yl)-1-[(2R)-2-methyloxiran-2-yl]-1-oxopropan-2-yl]-3-hydroxy-3-(4-methoxyphenyl)-2-[[(2S)-2-[(2-morpholin-4-ylacetyl)amino]propanoyl]amino]propanamide Chemical compound C1(=CCCC1)C[C@@H](C(=O)[C@@]1(OC1)C)NC([C@H]([C@@H](C1=CC=C(C=C1)OC)O)NC([C@H](C)NC(CN1CCOCC1)=O)=O)=O GHYOCDFICYLMRF-UTIIJYGPSA-N 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309466 calf Species 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 229940125773 compound 10 Drugs 0.000 description 1
- 229940125797 compound 12 Drugs 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- ZLVXBBHTMQJRSX-VMGNSXQWSA-N jdtic Chemical compound C1([C@]2(C)CCN(C[C@@H]2C)C[C@H](C(C)C)NC(=O)[C@@H]2NCC3=CC(O)=CC=C3C2)=CC=CC(O)=C1 ZLVXBBHTMQJRSX-VMGNSXQWSA-N 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 231100000989 no adverse effect Toxicity 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0241—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the tubes being flexible
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G4/00—Devices for producing mechanical power from geothermal energy
- F03G4/074—Safety arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/08—Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geometry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Erdwärmesonde mit einem ins Erdreich eingebrachten Wärmerohr (2), das einen zweiphasigen Wärmeträger aufnimmt, der mittels der Erdwärme verdampfbar und in einer Kühlzone kondensierbar ist, wobei das Kondensat (14) als Flüssigkeitsfilm an den Wandungen des Wärmerohres hin zu einer Heizzone strömt und der Dampf (12) im Gegenstrom von der Heizzone zu einer Kühlzone aufsteigt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Heizzone des Wärmerohres (2) im wesentlichen aus einem flexiblen, wickelbaren Rohrmaterial ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Erdwärmesonde gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Die Nutzung von fossilen Energien gewinnt in der Bundesrepublik Deutschland immer mehr an Bedeutung, da der Treibhauseffekt der Atmosphäre im wesentlichen auf das Verbrennen fossiler Primärenergieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) zurückzuführen ist. Durch den verstärkten Einsatz regenerativer und geothermischer Energien kann eine Verminderung der Kohlendioxidemission in die Atmosphäre erreicht werden.
- Die Bundesrepublik Deutschland verwendet für Gebäudeheizungen etwa ein Drittel ihrer gesamten Endenergie in einem Temperaturbereich unter 100°C. In diesem Temperaturbereich ist die Arbeitsfähigkeit der Wärme, der so genannte Exergiegehalt gering. Das führt dazu, dass herkömmliche Verbrennungsheizungen auf Erdgas- bzw. Erdölbasis eine erhebliche Entwertung der als Exergie gespeicherten chemischen Brennstoffenergie durch Verbrennung und anschließenden Wärmeübergang auf die genannten tieferen Temperaturen vornehmen, was zu exergetischen Primärenergie-Nutzungsgraden von nur ca. 6 % führt.
- Kesselsysteme, beispielsweise im Betrieb mit Heizöl oder Erdgas sind praktisch am Ende ihrer technischen Entwicklung angekommen. Derartige Systeme erreichen einen Nutzungsgrad, der geringfügig unter dem physikalischen Maximum liegt.
- Wärmepumpen als thermodynamische Heizung können exergetische Primärenergienutzungsgrade von etwa dem vierfachen erreichen, da sie Wärme aus der Umgebung aufnehmen und diese auf die für die Beheizung erforderliche Temperatur pumpen. Als Energieträger kommen dabei beispielsweise die Energie der Umgebungsluft, der Oberflächengewässer oder Oberflächen naher Bodenschichten in Frage. Geothermische Energie zur Beheizung von Gebäuden kann durch Nutzung warmer hydrothermaler Tiefengewässer direkt verwendet werden, bei der Anwendung von Erdsonden bis ca. 100 m Tiefe jedoch nur indirekt mit Wärmepumpenanlagen, die Erdwärme im Temperaturbereich von 8°C bis 12°C auf ein für die Gebäudebeheizung nutzbares Temperaturniveau (35°C oder höher) anheben.
- Etwa zwei Drittel aller in Deutschland im Jahr 2001 installierten Wärmepumpen nutzen Erdwärme als Wärmequelle, wobei bei 46 % der Anlagen vertikale Erdsonden zur Nutzung der Erdwärme verwendet wurden.
- Als Wärmeträger für diese Erdwärmetauscher werden gegenwärtig häufig einphasige Arbeitsstoffe, wie Wasser-Glykol oder Wasser-Salzmischungen verwendet, die durch die Sonden zum Verdampfer der Wärmepumpe gepumpt werden (Solesonden). Nachteilig bei derartigen Sonden ist, dass diese Solen in die Wassergefährdungsklasse 1 eingestuft sind, was eine wasserrechtliche Genehmigung erforderlich macht. Des weiteren ist bei diesen Anlagen eine Pumpe zum Umwälzen der einphasigen Flüssigkeit erforderlich, wodurch der Energiebedarf und der vorrichtungstechnische Aufwand der Anlage erheblich erhöht ist. Eine derartige Solesonde ist beispielsweise aus www.hakagerodur.ch bekannt.
- Aus der
DE 42 115 76 A1 sind auch zweiphasige Systeme bekannt, bei denen ein Wärmeträger verwendet wird der in einer Heizzone verdampft und in einer Kühlzone kondensiert wird. Derartige zweiphasige Systeme weisen eine höhere energetische Effizienz auf, da keine Umwälzpumpe benötigt wird. Bei der Wärmeübertragung vom Wärmeträger der Erdwärmesonde auf das Kältemittel einer Wärmepumpe haben die einphasigen Wärmeträger des weiteren den Nachteil, dass in Folge der nicht kongruenten Temperaturverläufe des Wärmeträgers und des Kältemittels im Kältemittelverdampfer der Wärmepumpen Wärmetauscherverluste entstehen, da das Kältemittel bei im wesentlichen konstanter Temperatur verdampft und der Wärmeträger von der Eintrittstemperatur auf die Austrittstemperatur abgekühlt wird. Dieser Nachteil besteht bei zweiphasigen Wärmeträgern nicht. - In der
DE 298 24 676 U1 der Anmelderin wird eine Erdwärmesonde beschrieben, bei der als Wärmeträger CO2 verwendet wird. Der wesentliche Vorteil dieses Wärmeträgers liegt in der guten Umweltverträglichkeit, so dass bei einer Leckage des Erdwärmerohres keine Umweltgefährdung zu befürchten ist. Des weiteren weist CO2 gegenüber den herkömmlichen Kältemitteln ein vernachlässigbares Treibhauspotential auf. - sEin Nachteil aller bestehenden Lösungen mit vertikal ins Erdreich eingebrachten Wärmerohren besteht darin, dass ein erheblicher Aufwand erforderlich ist, um die zur Aufnahme der Wärmerohre vorgesehenen Bohrungen, die eine Tiefe bis zu 200 m haben können, ins Erdreich einzubringen und dann die Wärmerohre in diese Aufnahmebohrungen einzusetzen. Da die Wärmerohre bei zweiphasigen Systemen erheblichen Drücken (bis 60 bar) ausgesetzt sind, müssen druckfeste Rohre eingesetzt werden. Die Verwendung von herkömmlichen starren Stahlrohren ist vergleichsweise kompliziert und teuer, da das Wärmerohr an der Baustelle aus mehreren Einzelrohren zusammengeschweißt und einer Qualitätskontrolle unterzogen werden muss.
- Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Erdwärmesonde mit einem zweiphasigen Wärmeträger zu schaffen, bei der der Aufwand zur Installation im Erdreich gegenüber herkömmlichen Lösungen verringert ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Erdwärmesonde mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß wird ein Wärmerohr einer Erdwärmesonde zumindest abschnittsweise aus einem flexiblen, wickelbaren Rohrmaterial hergestellt, das in der erforderlichen Gesamtlänge (beispielsweise 70 m) aufgewickelt zur Baustelle gebracht und dort direkt vom Wickel in die Bohrung eingebracht wird. Durch diese Maßnahme lässt sich die Handhabung des Wärmerohres gegenüber den bekannten Lösungen ganz erheblich verringern. Die die erforderliche Druckfestigkeit aufweisenden Rohrmaterialien sind am freien Markt erhältlich, so dass keine Sonderanfertigungen erforderlich sind, wodurch der Preis der Erdwärmesonde gegenüber herkömmlichen Lösungen weiter verringert werden kann.
- Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn das flexible, wickelbare Rohrmaterial Stahl ist, der entweder korrosionsfest ausgebildet wird oder mit einer korrosionsfesten Ummantelung versehen ist.
- Zur Erhöhung der Berstsicherheit kann das Rohrmaterial mit einem die Festigkeit erhöhenden Schutzmantel versehen sein.
- Als Material für das Wärmerohr kommen aus der chemischen Technik bekannte Metallschläuche oder Wellrohre in Frage, wie sie beispielsweise als Kompensatoren zum Ausgleich von Längenänderungen von Rohrleitungen eingesetzt werden. Die Wellen können in Umfangsrichtung (parallel gewellt) oder wendelförmig (spiralgewellt) angeordnet sein.
- Das Wärmerohr selbst kann erfindungsgemäß als einfaches Rohr mit einem die Rohröffnung fußseitig abschließenden Fußteil, als U-Rohr oder als Koaxialrohr ausgebildet sein. Bei letzterem sind zwei Rohre koaxial ineinander gesteckt, wobei das Innenrohr einen Strömungsraum für den aufsteigenden Dampf und der Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr eine Oberfläche für den abströmenden Kondensatfilm bildet.
- Das U-förmige Wärmerohr kann einstückig aus einem Rohrmaterial oder durch zwei getrennt voneinander ausgebildete Parallelrohre gebildet werden, die mittels eines geeigneten Fußteils miteinander verbunden sind.
- Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Darstellung mehrerer Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Erdwärmesonde und -
2 eine vergrößerte Darstellung einer Erdwärmesonde aus1 . - In
1 sind vier Ausführungsbeispiele eines Wärmerohres2 einer Erdwärmesonde1 dargestellt, das in Vertikalrichtung in eine ins Erdreich eingebrachte Bohrung4 eingesetzt wird. Die Länge des Wärmerohres2 kann beispielsweise etwa 70 – 90 m betragen und als Wärmeträger wird vorzugsweise CO2 eingesetzt. Bei diesem Wärmeträger können Betriebsdrücke von bis zu 50 bar erreicht werden, so dass die Druckfestigkeit des Wärmerohres2 ein wesentliches Auslegungskriterium ist. Eine weitere wesentliche Anforderung besteht darin, das Wärmerohr2 mit einer hinreichenden Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Erdreich auszubilden. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Wärmerohr2 aus Stahl hergestellt. - Das in
1a ) dargestellte Wärmerohr2 ist als Einzelrohr ausgebildet, das durch ein so genanntes Wellrohr gebildet ist. Derartige Wellrohre werden – wie eingangs erwähnt – im Anlagenbau beispielsweise als Kompensatoren verwendet. Bei diesen Wellrohren ist die Außenumfangswandung wellenförmig (parallel gewendelt oder spiralgewendelt) ausgeführt, so dass das Rohr in Axialrichtung eine gewisse Flexibilität aufweist, die ein Aufwickeln des Rohres ermöglicht. Durch diese flexible Ausgestaltung des Wärmerohres2 kann dieses auf einer Trommel aufgerollt zur Baustelle gebracht und dort direkt von der Trommel in die Bohrung4 eingebracht- werden. Gegenüber den herkömmlicher Weise verwendeten starren Stahlrohren hat diese Vorgehensweise den Vorteil, dass das kostenintensive Schweißen und die Röntgenprüfung an der Baustelle entfallen, so dass die Erdwärmesonde wesentlich schneller und mit geringerem Aufwand in das Erdreich eingebracht werden kann. -
2 zeigt eine vergrößerte Prinzipdarstellung einer Erdwärmesonde1 gemäß1a ). Das aufgewickelt angelieferte Wärmerohr2 mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Wellen6 (parallel gewendelt oder spiralgewendelt) wird in die Bohrung4 direkt vom Wickel eingelassen, wobei das fußseitige Ende mit einem Fußteil8 verschlossen ist. Das Wärmerohr2 wird vorzugsweise mit einer Vergussmasse10 oder dergleichen in der Bohrung4 lagefixiert. Bei einer Bohrungstiefe im Bereich von 70 – 100 m herrscht fußseitig eine Temperatur von 10°C bis 13°C. Diese Temperatur reicht aus, um das im Wärmerohr2 mit einem Druck von bis zu 50 bar aufgenommene CO2 zu verdampfen, so dass der Dampf12 in Pfeilrichtung etwa im Mittelbereich des Wärmerohres2 nach oben strömt. Diese Heizzone mit einer konstanten Erdtemperatur erstreckt sich über einen vergleichsweise großen Axialbereich des Wärmerohres2 . - An diese Heizzone schließt sich eine sogenannte neutrale Zone an, die üblicherweise in den oberen Schichten des Erdreiches liegt. In dieser neutralen Zone ist der Wärmeaustausch zwischen dem Erdreich und dem Wärmeträger gering. Diese neutrale Zone und eine im folgenden noch näher beschriebene Kühlzone müssen nicht zwangsweise an dem in
2 dargestellten Wärmerohr2 ausgebildet sein, sondern können auch getrennt von diesem ausgeführt werden. Die neutrale Zone geht zur Erdoberfläche hin in die Kühlzone über, in der die Kondensation des CO2 durch Wärmeabgabe an ein anderes Medium erfolgt. Dieses andere Medium kann bei indirekter Kühlung eine frostsichere Lösung (Glykol und Wasser, Salzlösung und Wasser) oder bei direkter Kühlung ein Kältemittel einer Wärmepumpe sein, deren Verdampfer16 thermodynamisch an die Kühlzone gekoppelt ist. In diesem Verdampfer16 wird das Kältemittel durch die frei werdende Kondensationsenthalpie des CO2 verdampft, wobei beide Wärmeträger (Kältemittel des Wärmepumpenkreislaufes, CO2 der Erdwärmesonde) im wesentlichen bei konstant bleibender Temperatur kondensieren bzw. verdampfen. Das Kondensat14 strömt als Film an der gewellten Innenumfangswandung des Wärmerohres2 nach unten und gelangt von der Kühlzone zur neutralen Zone und dann in die Heizzone, in der das Kondensat14 dann wieder auf die Verdampfungstemperatur aufgeheizt und verdampft wird. Anstelle des vorbeschriebenen Wärmeaustausches über einen Zwischenwärmetauscher16 mit einem Kältemittel einer Wärmepumpe ist es prinzipiell auch möglich, die Erdwärmesonde ohne Zwischenwärmeaustauscher direkt an den Kältemittelkreislauf anzuschließen. Dabei müssen jedoch geeignete Maßnahmen getroffen werden, die eine Verschmutzung des Wärmeträgers ausschließen. So wäre beispielsweise ein ölfreier Betrieb des Kältemittelkreislaufes zu bevorzugen. - Die neutrale Zone und die Kühlzone können – wie in
2 dargestellt – direkt am Wärmerohr2 ausgeführt sein. Für den Fall, dass die Wärmepumpe an einem anderen Ort als die Erdwärmesonde1 angeordnet ist, wird die Kühlzone nicht in das Wärmerohr2 integriert sondern getrennt davon ausgeführt, wobei die neutrale Zone überirdisch als Verbindung zwischen Heiz- und Kühlzone ausgeführt sein kann. In diesem Fall können die neutrale Zone und die Kühlzone aus einem anderen geeigneten druckfesten Material hergestellt sein. - Die Länge, der Durchmesser und die Wandstärke des Wärmerohres
2 hängen sehr stark von der Art des verwendeten Wärmeträgers ab. Neben dem bevorzugten Wärmeträger CO2 können auch alle anderen geeigneten Arbeitsstoffe wie beispielsweise Ammoniak oder Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden. - Zur Erhöhung der Druckfestigkeit und als Schutz gegen mechanische Beschädigung des Wärmerohres
2 kann dieses mit einem Verstärkungs- oder Schutzmantel versehen werden. - Ein wesentliches Auslegungskriterium bei derartigen Erdwärmesonden ist die so genannte Flutgrenze. Diese Flutgrenze ist erreicht, wenn der aufströmende Dampf
12 aufgrund der Schubspannungen in der Phasengrenze zwischen dem Flüssigkeitsfilm14 und dem Dampf12 das Abströmen der Flüssigkeit aus der Kühlzone verhindert, so dass Flüssigkeit in der Kühlzone angestaut wird. Zur Vermeidung dieses Flutens sind die Entzugsleistung, die Länge und der Durchmesser des Wärmerohres in Abhängigkeit vom verwendeten Wärmeträger so aufeinander abzustimmen, dass die maximal mögliche Gasgeschwindigkeit (Flutpunkt) nicht erreicht wird. Vorversuche zeigten, dass die Wellstruktur des Wärmerohres2 diese Flutgrenze nicht oder nur geringfügig gegenüber einem glatten Rohr absenkt. Überraschender Weise zeigte es sich, dass die wellenförmige Struktur der Umfangswandung des Wärmerohres2 den Aufbau des Kondensatfilmes nur in vernachlässigbarem Umfang stört und somit keinen nachteiligen Einfluss auf den Wärmeaustausch hat. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Wellrohren erzielt, bei denen die Wellen nicht in Umfangsrichtung (quer zur Längsachse des Wärmerohres2 ) sondern wendelförmig verlaufen. Diese spiralförmige Wendelform begünstigt möglicherweise das Strömen des Kondensats von der Kühlzone hin zur Heizzone und in der Heizzone. Es zeigte sich, dass eine Strähnenbildung im Kondensationsfilm bei der spiralförmigen Wellung im vorgesehenen Betriebsbereich verhindert werden kann. - In
1b ) ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem anstelle eines einzigen Wärmerohres2 ein U-förmiges Wärmerohr in die Bohrung4 eingesetzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das Wärmerohr2 zwei Parallelrohre17 ,18 , die fußseitig durch ein Fußteil20 miteinander verbunden sind. Die beiden Parallelrohre17 ,18 sind in der vorbeschriebenen Weise ebenfalls wieder als Wellrohr ausgeführt. Dieser U-förmige Aufbau ermöglicht es, bei gleicher oder besserer Entzugsleistung geringere Rohrquerschnitte einzusetzen. - Bei dem in
1c ) dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wärmerohr2 ebenfalls U-förmig ausgeführt, wobei diese Konstruktion einstückig aus einem einzigen Wellrohr ausgeführt ist, das unter Berücksichtigung des zulässigen Biegeradius fußseitig gebogen ist. Ein derartiges Wärmerohr kann auch als Pumpensonde mit einer Wärmabfuhr nach unten hin zum Fuß betrieben werden, wobei im Sommerbetrieb Wärme ans Erdreich abgegeben wird. - Bei dem in
1b ) dargestellten Ausführungsbeispiel werden die jeweils auf einer Trommel angelieferten Wellrohre17 ,18 vor dem Einsetzen in die Bohrung mit dem Fußteil20 versehen und anschließend gleichzeitig in die Bohrung abgesenkt. Bei dem in1c ) dargestellten Ausführungsbeispiel wird das im aufgewickelten Zustand angelieferte Wellrohr abgewickelt, mittig gebogen und in die Bohrung eingesetzt. Es ist auch möglich, das U-Rohr vorgefertigt und zweistrangig aufgewickelt zur Bohrstelle zu liefern. -
1d ) zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Wärmerohr2 durch zwei koaxial angeordnete Rohre22 ,24 ausgebildet ist. Diese sind jeweils wieder als Wellrohr ausgeführt. Fußseitig ist auf das außen liegende Rohr22 mit größerem Durchmesser ein Fußteil20 aufgesetzt, der fußseitige Endabschnitt des Innenrohres24 bleibt offen. Bei dieser Konstruktion strömt der Dampf12 durch das Innenrohr24 nach oben hin zur Kühlzone, während der Kondensatfilm14 sich im Ringraum zwischen dem äußeren Rohr22 und dem inneren Rohr24 ausbildet und nach unten von der Kühlzone zur Heizzone strömt. Eine derartige Variante hat eine höhere Flutgrenze als die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele, da der direkte Kontakt zwischen Dampf und Kondensatfilm weitestgehend verhindert ist. - Das Innenrohr
24 kann im Prinzip aus allen flexiblen Rohrmaterialien (Metalle, Kunststoffe) mit glatten oder gewellten Außenumfangswandungen ausgebildet werden. Die erforderliche Druckfestigkeit muss nur vom Außenrohr22 aufgebracht werden. Das Innenrohr24 kann mit einem geschlossenen Rohrmantel oder als perforiertes Rohr gemäß dem deutschen GebrauchsmusterDE 202 10 841.4 ausgeführt sein. - In dem Fall, in dem die Möglichkeit besteht, dass der wärmeträger mit Öl in Berührung kommt, ist innerhalb des flexiblen Wärmerohres
2 ein Ölabscheider oder geeignete Vorrichtungen zur Ölrückführung vorzusehen. - Es ist auch vorstellbar, die erfindungsgemäße Erdwärmesonde mit umlaufenden Wärmeträgern in einem Pumpenumlaufsystem zu verwenden, so dass einphasige oder zweiphasige Zustände im Wärmeträger erzeugt werden. In einem solchen Fall ist auch eine Umkehrung der Transportrichtung der Wärme denkbar, so dass beispielsweise im Sommerbetrieb Wärme ins Erdreich zurückgespeist werden kann. Eine Kombination zwischen Wärmerohrbetrieb und einem Umlaufbetrieb ist bei geeigneter Ausführung der oberirdischen Anlage möglich.
- Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Wärmerohr
2 aus einem oder mehreren Wellrohren ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf derartige Wellrohre beschränkt. So lassen sich beispielsweise auch nahtlose, glatte Rohre vom Wickel beziehen und können somit bei der erfindungsgemäßen Erdwärmesonde1 eingesetzt werden. Unter Umständen kann es ausreichend sein, flexible Rohre aus Kunststoff zu verwenden, die mit einer Stahlarmierung versehen sind. - Offenbart ist eine Erdwärmesonde, bei der zumindest der eine Heizzone eines Wärmerohres ausbildende Teil aus einem flexiblen, wickelbaren Rohr ausgeführt ist.
-
- 1
- Erdwärmesonde
- 2
- Wärmerohr
- 4
- Bohrung
- 6
- Welle
- 8
- Fuß
- 10
- Vergussmasse
- 12
- Dampf
- 14
- Kondensat
- 16
- Zwischenverdampfer
- 17
- Parallelrohr
- 18
- Parallelrohr
- 20
- Fußteil
- 22
- Innenrohr
- 24
- Aussenrohr
Claims (11)
- Erdwärmesonde mit einem ins Erdreich eingebrachten Wärmerohr (
2 ), das einen zweiphasigen Wärmeträger aufnimmt, der mittels der Erdwärme verdampfbar und in einer Kühlzone kondensierbar ist, wobei das Kondensat (14 ) als Flüssigkeitsfilm an den Wandungen des Wärmerohres hin zu einer Heizzone strömt und der Dampf (12 ) im Gegenstrom von der Heizzone zu einer Kühlzone aufsteigt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Heizzone des Wärmerohres (2 ) im wesentlichen aus einem flexiblen, wickelbaren Rohrmaterial ausgebildet ist. - Erdwärmesonde nach Anspruch 1, wobei das Material Stahl ist.
- Erdwärmesonde nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rohrmaterial mit einem Schutz- oder Verstärkungsmantel versehen ist.
- Erdwärmesonde nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Wärmerohr als Wellrohr ausgebildet ist.
- Erdwärmesonde nach Anspruch 4, wobei das Wellrohr mit in Umfangsrichtung verlaufenden parallelen Wellen oder mit wendelförmig verlaufenden Wendeln versehen ist.
- Erdwärmesonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmerohr (
2 ) als U-Rohr mit zwei Parallelrohrschenkeln und einem Fuß gebildet ist. - Erdwärmesonde nach Anspruch 6, wobei das U-Rohr einstückig ausgebildet ist.
- Erdwärmesonde nach Anspruch 6, wobei das U-Rohr durch zwei Parallelrohre (
17 ,18 ) gebildet ist, die mittels eines Fußteiles (20 ) miteinander verbunden sind. - Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Wärmerohr (
2 ) zwei koaxiale Rohre (22 ,24 ) hat, von denen das innere vom Dampf (12 ) und das äußere vom Kondensat (14 ) durchströmt ist. - Erdwärmesonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlzone einen Wärmetauscher hat, über den ein weiteres Medium aufheizbar oder verdampfbar ist.
- Erwärmesonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmeträger CO2 verwendet wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20320409U DE20320409U1 (de) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Erdwärmesonde |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20320409U DE20320409U1 (de) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Erdwärmesonde |
| DE10327602A DE10327602B4 (de) | 2003-05-22 | 2003-06-18 | Erdwärmesonde |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20320409U1 true DE20320409U1 (de) | 2004-08-19 |
Family
ID=32909566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE20320409U Expired - Lifetime DE20320409U1 (de) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Erdwärmesonde |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE20320409U1 (de) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006012903B3 (de) * | 2006-03-17 | 2007-07-26 | Feldmann, Wolfgang, Dipl.-Ing. | Erdwärmesonde |
| EP2025931A1 (de) | 2007-08-13 | 2009-02-18 | Ochsner, Karl, Dipl.-Ing. | Erdwärmesonde |
| EP2025930A2 (de) | 2007-08-13 | 2009-02-18 | Ochsner, Karl, Dipl.-Ing. | Erdwärmesonde |
| DE102008060068A1 (de) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | Clina Heiz- und Kühlelemente GmbH | Wärmeübertrager |
| DE102008056753A1 (de) * | 2008-11-11 | 2010-05-12 | Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Herstellen eines untertägigen Sondenfeldes |
| DE202012003480U1 (de) | 2012-04-05 | 2012-05-29 | ThermaEnergy GmbH & Co. KG | Erdwärmesonde |
| DE102011012384A1 (de) | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Wolfgang Feldmann | Bündel aus mehreren Wärmerohren für Erdwärmesonden und dessen Verwendung |
| WO2011073762A3 (de) * | 2009-12-15 | 2013-01-03 | Brugg Rohr Ag Holding | Wärmetauscher |
| EP3367019A1 (de) * | 2017-02-22 | 2018-08-29 | Jansen AG | Erdwärmesonde |
| WO2020094182A1 (de) | 2018-11-08 | 2020-05-14 | Lea Kelbsch | Wärmetransporteinheit |
| US12241659B2 (en) | 2020-03-13 | 2025-03-04 | Robert Jensen | Twisted conduit for geothermal heat exchange |
-
2003
- 2003-06-18 DE DE20320409U patent/DE20320409U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006012903B3 (de) * | 2006-03-17 | 2007-07-26 | Feldmann, Wolfgang, Dipl.-Ing. | Erdwärmesonde |
| WO2007110030A3 (de) * | 2006-03-17 | 2007-11-29 | Wolfgang Feldmann | Edwärmesonde |
| EP2025931A1 (de) | 2007-08-13 | 2009-02-18 | Ochsner, Karl, Dipl.-Ing. | Erdwärmesonde |
| EP2025930A2 (de) | 2007-08-13 | 2009-02-18 | Ochsner, Karl, Dipl.-Ing. | Erdwärmesonde |
| EP2025930A3 (de) * | 2007-08-13 | 2014-09-24 | Karl Ochsner | Erdwärmesonde |
| DE102008060068A1 (de) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | Clina Heiz- und Kühlelemente GmbH | Wärmeübertrager |
| DE102008056753B4 (de) * | 2008-11-11 | 2011-08-25 | TRACTO-TECHNIK GmbH & Co. KG, 57368 | Verfahren zum Herstellen eines untertägigen Sondenfeldes |
| DE102008056753A1 (de) * | 2008-11-11 | 2010-05-12 | Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Herstellen eines untertägigen Sondenfeldes |
| WO2011073762A3 (de) * | 2009-12-15 | 2013-01-03 | Brugg Rohr Ag Holding | Wärmetauscher |
| DE102011012384A1 (de) | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Wolfgang Feldmann | Bündel aus mehreren Wärmerohren für Erdwärmesonden und dessen Verwendung |
| DE202012003480U1 (de) | 2012-04-05 | 2012-05-29 | ThermaEnergy GmbH & Co. KG | Erdwärmesonde |
| EP3367019A1 (de) * | 2017-02-22 | 2018-08-29 | Jansen AG | Erdwärmesonde |
| WO2020094182A1 (de) | 2018-11-08 | 2020-05-14 | Lea Kelbsch | Wärmetransporteinheit |
| DE102018127928A1 (de) * | 2018-11-08 | 2020-05-14 | Lea Kelbsch | Wärmetransporteinheit |
| US12241659B2 (en) | 2020-03-13 | 2025-03-04 | Robert Jensen | Twisted conduit for geothermal heat exchange |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE202008017571U1 (de) | Rohrförmiges Hohlprofil | |
| EP3147584B1 (de) | Flüssigkeitsspeicher zur speicherung von kalten und warmen flüssigkeiten | |
| DE20320409U1 (de) | Erdwärmesonde | |
| DE10327602B4 (de) | Erdwärmesonde | |
| EP1996874A2 (de) | Edwärmesonde | |
| DE3101138A1 (de) | Waermepumpe mit waermetauschern | |
| DE202007017967U1 (de) | System zur Errichtung und Anzahl von im Erdreich errichteten Erdwärmevorrichtungen | |
| DE20202578U1 (de) | Erdsondenrohr | |
| WO2009135475A2 (de) | Erdwärmesonde | |
| DE102008029400A1 (de) | Herstellung und Anwendungsverfahren von Wärmetauscher für Geothermiesonden, Erdwärme- und Gebäudekollektoren | |
| DE29824676U1 (de) | Wärmeübertrager | |
| DE2931485A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum gewinnen von heiz- und gebrauchswasserwaerme mittels kaeltemittelverdampfer im erdreich, in verbindung mit einer waermepumpenanlage | |
| WO2008113604A1 (de) | Rohrförmiges hohlprofil und dessen verwendung | |
| DE102005020887B3 (de) | Gewendelter Wärmetauscher für Erdwärme | |
| DE3514191A1 (de) | Anlage zur waermeerzeugung | |
| DE102007062402A1 (de) | System, Verfahren zur Errichtung und Verwendung einer Anzahl von im Erdreich errichteten Erdwärmevorrichtungen | |
| WO2014000852A1 (de) | Wärmemanagementsystem | |
| DE202008007256U1 (de) | Solarthermische Anlage mit einem Kreislauf für ein Wärmeträgermedium | |
| DE3025623A1 (de) | Waermeabsorber | |
| DE102008061416B4 (de) | Wärmeleitendes Rohr | |
| DE202008008351U1 (de) | Wärmepumpensystem | |
| DE102008026240B4 (de) | Anlage zum Heizen und Kühlen | |
| DE102019000638B3 (de) | Hocheffiziente Hochtemperatur-Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen von Gebäuden, mit einer Kombination von zylindrisch angeordneten Wärmetauschern, welche sich in einem Wärmespeicher befinden und durch ein flüssiges Speichermedium so angeströmt werden, dass eine zylindrische Kreisbewegung entsteht. | |
| DE102014104992A1 (de) | Verfahren zur Errichtung einer Erdwärmesonde und Anordnung zum Einleiten von Wärme in und zum Entnehmen von Wärme aus einer Erdwärmesonde | |
| DE19860328B4 (de) | Wärmeübertrager |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20040923 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20060927 |
|
| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20100101 |