FI13249Y1

FI13249Y1 - Geothermal heat arrangement

Info

Publication number: FI13249Y1
Application number: FIU20224057U
Authority: FI
Inventors: Rami Niemi
Original assignee: Quantitative Heat Oy
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2022-08-11

Description

GEOTHERMAL HEAT EXCHANGER AND GEOTHERMAL HEAT SYSTEM

KEKSINNÖN ALA Keksinnön kohteena on geoterminen lämpöjärjestely ja tarkemmin suojavaatimuksen 1 johdannon mukainen geoterminen lämpöjärjestely.FIELD OF THE INVENTION The subject of the invention is a geothermal heating arrangement and more specifically a geothermal heating arrangement according to the introduction of protection requirement 1.

— KEKSINNÖN TAUSTA Maaperäiset tai geotermiset lämmönvaihtimet ovat yleisesti tunnettuja lämpöenergian talteenottamiseksi maaperästä. Tämä tehdään hyödyntämällä lämpötilaeroa maaperässä ja maaperän yläpuolella. Maaperän lämpötila yleensä kohoaa, kun mennään syvemmälle maaperään.— BACKGROUND OF THE INVENTION Ground-based or geothermal heat exchangers are generally known for recovering heat energy from the ground. This is done by taking advantage of the temperature difference in the soil and above the soil. The temperature of the soil usually increases when you go deeper into the soil.

Maaperäiset lämmönvaihtimet käsittävät putkijärjestelyn ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi. Putkijärjestely käsittää normaalisti suljetun silmukan putkiston, jossa on laskuputki ja nousuputki, jotka on järjestetty porausreikään tai maareikään tai onteloon maaperässä. Putkijärjestely on lisäksi yhdistetty maassa olevaan lämpöpumppuun lämpöenergian vapauttamiseksi — ensisijaisesta käyttöfluidista. Kun ensisijainen käyttöfluidi virtaa alaspäin porausreikään laskuputkessa, lämpöenergiaa poistetaan maaperästä ensisijaiseen käyttöfluidiin ja ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila nousee. Ensisijaisen käyttöfluidin kierrätys tuo otetun lämpöenergian porausreiästä maan pinnalle nousuputkessa ja sitten ensisijainen käyttöfluidi luovuttaa lämpöenergiaa lämpöpumpussa toissijaiseen käyttöfluidiin.Ground-based heat exchangers comprise a piping arrangement to circulate the primary operating fluid. The piping arrangement normally comprises a closed-loop piping system with a downcomer and a riser arranged in a borehole or ground hole or cavity in the soil. The piping arrangement is also connected to a heat pump in the ground to release heat energy — from the primary operating fluid. As the primary working fluid flows down the wellbore downpipe, heat energy is removed from the soil to the primary working fluid and the temperature of the primary working fluid increases. The circulation of the primary operating fluid brings the thermal energy taken from the borehole to the surface of the earth in a riser, and then the primary operating fluid releases the thermal energy in the heat pump to the secondary operating fluid.

Eräs tekniikan tasoon liittyvistä haitoista on, että ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila nousee asteittain, kun ensisijainen käyttöfluidi virtaa laskuputkessa porausreiän pohjaa kohti ja vastaavasti ensisijaisen käyttöfluidin N lämpötila laskee, kun ensisijainen käyttöfluidi virtaa kohti maanpintaa S 25 —nousuputkessa. Lisäksi ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila ajautuu kohti <Q keskimääräistä lämpötilaa, kun tapahtuu tahallista lämmönvaihtoa nousuputkessa © virtaavan lämmenneen ensisijaisen käyttöfluidin ja laskuputkessa virtaavan 7 jäähdytetyn ensisijaisen käyttöfluidin välillä. Vastaavasti lämmitetty ensisijainen & käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa laskuputkessa alaspäin virtaavaan 5 30 — ensisijaiseen käyttöfluidiin ja myös porausreikää ympäröivään maahan, jolloin 3 lämmitetyn käyttöfluidin lämpötila laskee yleensä maanpinnan yläpuolelle N sijoitettua lämpöpumppua kohti. Tämä heikentää maaperäisen lämmönvaihtimen S tehokkuutta.One of the disadvantages related to the state of the art is that the temperature of the primary working fluid rises gradually when the primary working fluid flows towards the bottom of the borehole in the downpipe and correspondingly the temperature of the primary working fluid N decreases when the primary working fluid flows towards the ground surface in the riser pipe S 25 . In addition, the temperature of the primary working fluid drifts towards the <Q average temperature when there is a deliberate heat exchange between the heated primary working fluid flowing in the riser © and the cooled primary working fluid flowing in the downpipe 7 . Correspondingly, the heated primary & working fluid releases thermal energy to the downward flowing 5 30 — primary working fluid in the downpipe and also to the ground surrounding the borehole, whereby the temperature of the 3 heated working fluid usually decreases towards the heat pump N placed above the ground. This reduces the efficiency of the soil heat exchanger S.

Lisäksi on havaittu, että maareikää ympäröivän maaperän lämpötila, — erityisesti maareiän alapään läheisyydessä, laskee, kun maaperästä otetaan lämpöenergiaa. Maareikää ympäröivän maaperän lämpötilan lasku alentaa edelleen lämmöntalteenottonopeutta ja maaperäisen lämmönvaihtimen tehokkuutta ajan mittaan.In addition, it has been observed that the temperature of the soil surrounding the earth hole, — especially in the vicinity of the lower end of the earth hole, decreases when thermal energy is taken from the soil. The decrease in the temperature of the soil surrounding the ground hole further reduces the heat recovery rate and the efficiency of the soil heat exchanger over time.

KEKSINNÖN YHTEENVETO Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely tekniikan tason haittojen ratkaisemiseksi tai ainakin lievittämiseksi.SUMMARY OF THE INVENTION The aim of the present invention is to provide a geothermal heat exchanger and a geothermal heat arrangement in order to solve or at least alleviate the disadvantages of the state of the art.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan geotermisellä lämpöjärjestelyllä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisessä suojavaatimuksessa 1.The goals of the invention are achieved with a geothermal heat arrangement, which is characterized by what is said in independent protection claim 1.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot on esitetty epäitsenäisissä suojavaatimuksissa.Advantageous embodiments of the invention are presented in independent claims.

Keksintö — perustuu — ajatukseen saada aikaan geoterminen lämmönvaihdin, joka käsittää putkijärjestelyn ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi. Putkijärjestely käsittää nousuputken, jossa on alapää ja —laskuputken, jossa on alapää. Nousuputken alapää ja laskuputken alapää voidaan järjestää = fluidiyhteyteen — toistensa kanssa ensisijaisen = käyttöfluidin kierrättämiseksi maareiässä nousuputkea ja laskuputkea pitkin. Geoterminen lämmönvaihdin käsittää lisäksi ensimmäisen pumpun, joka on järjestetty putkijärjestelyyn.The invention — is based on — the idea of creating a geothermal heat exchanger that includes a pipe arrangement for circulating the primary operating fluid. The pipe arrangement comprises a riser with a lower end and a downpipe with a lower end. The lower end of the riser and the lower end of the downpipe can be arranged in fluid communication with each other to circulate the primary working fluid in the ground hole along the riser and the downpipe. The geothermal heat exchanger also comprises the first pump, which is arranged in a pipe arrangement.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti nousuputki voidaan varustaa ensimmäisellä lämpöeristeellä, joka ympäröi nousuputkea ainakin osalla nousuputken pituutta ja ensimmäinen pumppu on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia nousuputken alapäätä kohti. Tämä mahdollistaa ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämisen nousuputken alaosaan tai alapäähän ja N 25 —myös maareiän alaosaan tai alapäähän siten, että lämmönsiirto ensisijaisesta N käyttöfluidista vähenee tai minimoituu.According to the present invention, the riser can be equipped with a first thermal insulation that surrounds the riser for at least part of the length of the riser, and the first pump is arranged to circulate the primary working fluid towards the lower end of the riser. This allows the primary operating fluid to be recirculated to the lower portion or lower end of the riser and N 25 —also to the lower portion or lower end of the ground hole so that heat transfer from the primary N operating fluid is reduced or minimized.

3 Nousuputki ja laskuputki voidaan järjestää etäisyyden päähän 2 toisistaan maareikään, tai vierekkäin toisiinsa nähden, ja liitettynä toisiinsa I liitosputkiosalla. Vaihtoehtoisesti nousuputki voidaan järjestää laskuputken sisään & 30 — maareiässä. Siten nousuputki ja laskuputki voidaan järjestää koaksiaalisesti siten, 5 että nousuputki on järjestetty laskuputken sisään. Ensimmäinen lämpöeriste s vähentää tai minimoi lämmönsiirtoa nousuputken ja laskuputken välillä sillä S pituudella, jolla ensimmäinen lämpöeriste ulottuu. Nousuputki voidaan järjestää 5 laskuputken sisään siten, että nousuputki ulottuu jatke-etäisyyden ulos —laskuputken alapäästä.3 The riser pipe and the downpipe can be arranged at a distance of 2 from each other to the ground hole, or next to each other, and connected to each other with I connecting pipe part. Alternatively, the riser can be arranged inside the downpipe & 30 — in the ground hole. Thus, the riser and downcomer can be arranged coaxially in such a way that the riser is arranged inside the downcomer. The first heat insulator s reduces or minimizes the heat transfer between the riser and the downpipe for the length S that the first heat insulator extends. The riser can be arranged inside the downcomer 5 in such a way that the riser extends beyond the extension distance from the lower end of the downcomer.

Ensimmäinen pumppu voi olla käännettävä pumppu, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suunnassa nousuputkessa alaspäin ja laskuputkessa ylöspäin, tai suunnassa laskuputkessa alaspäin ja nousuputkessa ylöspäin. Geoterminen lämmönvaihdin voi lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on — yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja järjestetty ohjaamaan käännettävän ensimmäisen pumpun toimintasuuntaa.The first pump may be a reversible pump arranged to pump the primary operating fluid in a direction downward in the riser and upward in the downcomer, or in a direction downward in the downcomer and upward in the riser. The geothermal heat exchanger can additionally comprise a control unit which is — connected to the first pump and arranged to control the direction of operation of the reversible first pump.

Vaihtoehtoisesti geoterminen lämmönvaihdin voi käsittää toisen pumpun = järjestettynä pumppaamaan toissijaista käyttöfluidia suunnassa laskuputkessa alaspäin ja nousuputkessa ylöspäin. Geoterminen lämmönvaihdin voi myös lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja toiseen pumppuun ja järjestetty ohjaamaan ensimmäisen pumpun ja toisen pumpun toimintaa ensisijaisen käyttöfluidin kiertosuunnan asettamiseksi.Alternatively, the geothermal heat exchanger can comprise a second pump = arranged to pump the secondary operating fluid in the direction downward in the downpipe and up in the riser. The geothermal heat exchanger can also additionally comprise a control unit that is connected to the first pump and the second pump and arranged to control the operation of the first pump and the second pump to set the direction of circulation of the primary operating fluid.

Nousuputki on tyhjiöputki, joka käsittää tyhjiökerroksen, joka ympäröi nousuputken virtauskanavaa. Tyhjiökerros on järjestetty muodostamaan — ensimmäisen lämpöeristeen. Tyhjiöputki aikaansaa tehokkaan lämpöeristeen, joka minimoi lämmönsiirron ensisijaisesta käyttöfluidista.A riser is a vacuum tube that comprises a vacuum layer that surrounds the flow channel of the riser. The vacuum layer is arranged to form — the first thermal insulation. The vacuum tube provides effective thermal insulation that minimizes heat transfer from the primary working fluid.

Vaihtoehtoisesti, tai lisäksi, nousuputki voi käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken ulkopinnalla. Eristemateriaalikerros voidaan järjestää muodostamaan ensimmäisen lämpöeristeen. Eristekerrosta voidaan muuttaa ensimmäisen putken pituussuunnassa = siten, että lämpöeristystehoa tai lämmönjohtavuutta ensimmäisestä putkesta voidaan muuttaa.Alternatively, or in addition, the riser can comprise a layer of insulating material on the outer surface of the riser. The insulation material layer can be arranged to form a first thermal insulation. The insulation layer can be changed in the lengthwise direction of the first pipe = so that the thermal insulation performance or thermal conductivity of the first pipe can be changed.

Ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua koko nousuputken pituudelle. Tämä vähentää lämmönvaihtoa koko nousuputken pituudella. Vaihtoehtoisesti — ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua nousuputken yläpäästä kohti nousuputken N alapäätä ainakin 50 % nousuputken pituutta pitkin tai vähintään 2/3 nousuputken N pituudesta. Edelleen vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua 3 ennalta määrätyltä etäisyydeltä nousuputken alapäästä ylöspäin nousuputkea 2 pitkin. Ennalta määrätty etäisyys nousuputken alapäästä voi olla vähintään 10 % E 30 —nousuputken pituudesta tai vähintään 20 % nousuputken pituudesta. > Vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi kuitenkin ulottua pitkin 15 nousuputkea nousuputken yläpään ja alapään välissä ja ennalta määrätyltä S etäisyydeltä nousuputken alapäästä kohti nousuputken yläpäätä nousuputkea S pitkin ja ennalta määrätyltä etäisyydeltä nousuputken yläpäästä kohti > 35 —nousuputken alapäätä. Siksi lämmönsiirto ensisijaisesta käyttöfluidista, jota kierrätetään alaspäin nousuputkessa, tapahtuu nousuputken alapäässä tai alaosassa ja siten maareiän alaosassa.The first thermal insulation can extend the entire length of the riser. This reduces heat exchange along the entire length of the riser. Alternatively — the first thermal insulation can extend from the upper end of the riser towards the lower end of the riser N at least 50% along the length of the riser or at least 2/3 of the length of the riser N. Still alternatively, the first thermal insulation can extend 3 from the predetermined distance from the lower end of the riser upwards along the riser 2. The predetermined distance from the lower end of the riser can be at least 10% of the E 30 riser length or at least 20% of the riser length. > Alternatively, however, the first thermal insulation can extend along 15 riser pipes between the upper end and lower end of the riser pipe and from a predetermined distance S from the lower end of the riser pipe towards the upper end of the riser pipe along the riser pipe S and from a predetermined distance from the upper end of the riser pipe towards > 35 — the lower end of the riser pipe. Therefore, heat transfer from the primary working fluid, which is circulated downward in the riser, occurs at the lower end or lower part of the riser and thus at the bottom of the ground hole.

Ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voi olla tasainen suunnassa nousuputkea pitkin. Tämä voidaan saavuttaa tasaisella ensimmäisellä lämpöeristeellä suunnassa nousuputkea pitkin.The thermal conductivity of the first thermal insulation can be uniform in the direction along the riser. This can be achieved with a flat first thermal insulation in the direction along the riser.

Vaihtoehtoisesti, ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voidaan =järjestää pienenemään suuntaan kohti nousuputken alapäätä. Ensimmäisen lämpöeristeen paksuus voi pienentyä suunnassa ja kohti nousuputken alapäätä siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti nousuputken alapäätä. Lämmönjohtavuuden — pieneneminen voidaan saavuttaa myös ensimmäisellä lämpöeristeellä, joka käsittää — vähintään kaksi = erilaista lämpöeristemateriaalia — sovitettuna nousuputkeen siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suuntaan kohti nousuputken alapäätä.Alternatively, the thermal conductivity of the first thermal insulation can be arranged to decrease in the direction towards the lower end of the riser. The thickness of the first thermal insulation can decrease in the direction towards the lower end of the riser so that the thermal conductivity of the first thermal insulation decreases in the direction towards the lower end of the riser. The decrease in thermal conductivity can also be achieved with the first thermal insulator, which comprises at least two = different thermal insulation materials, fitted to the riser in such a way that the thermal conductivity of the first thermal insulator decreases in the direction towards the lower end of the riser.

Esillä oleva keksintö liittyy lisäksi geotermiseenlämpöjärjestelyyn, joka — käsittää maaperään sovitetun maareiän, joka ulottuu maanpinnasta alaspäin, ja putkijärjestelyn. Putkijärjestely käsittää nousuputken, jolla on alapää ja joka on sovitettu maareikään, ja laskuputken, jolla alapää järjestettynä maareikään. Nousuputken alapää ja laskuputken alapää voidaan järjestää fluidiyhteyteen toistensa kanssa ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi maareiässä —nousuputkea ja laskuputkea pitkin. Järjestely käsittää lisäksi ensimmäisen pumpun, joka on liitetty putkisto järjestelyyn ja joka on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia nousuputkessa ja laskuputkessa, sekä lämmönvaihtoliitännän putkijärjestelyn yhteydessä toissijaista lämmönvaihtoa varten ensisijaisen käyttöfluidin kanssa.The present invention is also related to a geothermal heat arrangement, which — comprises a ground hole fitted into the soil, which extends downwards from the ground surface, and a pipe arrangement. The pipe arrangement comprises a riser with a lower end and which is fitted to the ground hole, and a downpipe with the lower end arranged in the ground hole. The lower end of the riser and the lower end of the downcomer can be arranged in fluid communication with each other to circulate the primary working fluid in the ground hole — along the riser and the downcomer. The arrangement also comprises a first pump, which is connected to the piping arrangement and which is arranged to circulate the primary operating fluid in the riser and downpipe, and a heat exchange connection in connection with the pipe arrangement for secondary heat exchange with the primary operating fluid.

Lämmönvaihtoliitäntä voi olla mikä tahansa lämmönlähde, joka pystyy N vapauttamaan termistä energiaa tai lämpöenergiaa ensisijaiseen käyttöfluidiin N ja/tai pystyy vapauttamaan termistä energiaa ensisijaiseen käyttöfluidiin siten, 3 että ensisijaisen käyttöfluidin lämpötilaa voidaan nostaa. Lämmönvaihtoliitäntä on 2 järjestetty tai sovitettu putkijärjestelyyn tai sen yhteyteen maareiän ulkopuolelle. E 30 Tämä tarkoittaa, että lämmönvaihtoliitäntä on järjestetty putkijärjestelyyn > maareiän ulkopuolelle nousuputken ja laskuputken välille. Lämmönvaihtoliitäntä 15 voi käsittää lämpöpumpun, lämmönvaihtimen tai vastaavan laitteen, joka on S järjestetty tuottamaan lämmönvaihtoa putkijärjestelyssä virtaavan ensisijaisen S käyttöfluidin — kanssa. — Lämmönvaihtoliitäntä voi — olla — rakennuksen > 35 lämmönvaihtoliitäntä siten, että geoterminen lämmönvaihdin on järjestetty vastaanottamaan termistä energiaa rakennuksesta tai luovuttamaan energiaa siihen. Vaihtoehtoisesti lämmönvaihtoliitäntä voi olla lämmönlähteen lämmönvaihtoliitäntä. Lämmönlähde voi olla yli- tai hukkalämpöä luovuttava teollinen lämmönlähde, energialaitoksen lämpöliitäntä, kaukolämpöliitäntä tai jokin lämmönlähdeliitäntä, kuten konesalin hukkalämpöliitäntä.The heat exchange interface can be any heat source that is capable of N releasing thermal energy or heat energy to the primary operating fluid N and/or capable of releasing thermal energy to the primary operating fluid such that the temperature of the primary operating fluid can be increased. The heat exchange connection is 2 arranged or adapted to the pipe arrangement or its connection outside the ground hole. E 30 This means that the heat exchange connection is arranged in the pipe arrangement > outside the ground hole between the riser and the downcomer. The heat exchange connection 15 may comprise a heat pump, a heat exchanger or a similar device, which is S arranged to produce heat exchange with the primary S operating fluid — flowing in the pipe arrangement. — The heat exchange connection can — be — the heat exchange connection of the building > 35 such that the geothermal heat exchanger is arranged to receive thermal energy from the building or to release energy to it. Alternatively, the heat exchange connection can be the heat exchange connection of the heat source. The heat source can be an industrial heat source giving off excess or waste heat, a heat connection of an energy plant, a district heating connection or a heat source connection, such as a waste heat connection in a data center.

5 Esillä olevan keksinnön mukaisesti nousuputki voidaan varustaa ensimmäisellä lämpöeristeellä, joka ympäröi nousuputkea ainakin osalla nousuputken pituutta ja ensimmäinen pumppu on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia suuntaan kohti maareiän alapäätä nousuputkessa ja kohti maan pintaa laskuputkessa. Sen mukaisesti ensisijainen käyttöfluidi ja ensisijaisen — käyttöfluidin terminen energia voidaan kuljettaa maareiän alapäähän ja -osaan.5 According to the present invention, the riser can be equipped with a first thermal insulation that surrounds the riser for at least part of the length of the riser and the first pump is arranged to circulate the primary working fluid in the direction towards the lower end of the ground hole in the riser and towards the surface of the earth in the riser. Accordingly, the primary working fluid and the thermal energy of the primary working fluid can be transported to the lower end and part of the ground hole.

Nousuputki voi olla tyhjiöputki, joka käsittää tyhjiökerroksen, joka ympäröi | nousuputken — virtauskanavaa. Tyhjiökerros voidaan € järjestää muodostamaan ensimmäinen lämpöeriste. Tyhjiöputki tarjoaa erinomaisen lämpöeristyksen, joka estää tehokkaasti termisen energian karkaamisen — nousuputkessa olevasta ensisijaisesta käyttöfluidista. Vaihtoehtoisesti nousuputki voi käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken ulkopinnalla tai sisäpinnalla. Eristemateriaalikerros — voidaan — järjestää — muodostamaan — ensimmäinen lämpöeriste. Lämpöeristemateriaalikerrosta voidaan muuttaa pitkin nousuputken pituussuuntaa.The riser may be a vacuum tube comprising a vacuum layer surrounding | riser — flow channel. The vacuum layer can € be arranged to form the first thermal insulation. The vacuum tube provides excellent thermal insulation that effectively prevents the escape of thermal energy — from the primary operating fluid in the riser. Alternatively, the riser can comprise a layer of insulating material on the outer or inner surface of the riser. A layer of insulating material — can — be arranged — to form — a first thermal insulation. The thermal insulation material layer can be changed along the length of the riser.

Ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua nousuputkea €pitkin maanpinnasta maareiän alapäätä kohti ja vähintään 50 %:iin maareiän syvyydestä tai vähintään 2/3:aan maareiän syvyydestä. Vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi ulottua ennalta määrätyltä etäisyydeltä maareiän alapäästä ylöspäin nousuputkea pitkin. Ennalta määrätty etäisyys maareiän alapäästä voi — olla vähintään 10 % maareiän syvyydestä tai vähintään 20 % maareiän syvyydestä.The first thermal insulation can extend along the riser from the ground surface towards the lower end of the ground hole and to at least 50% of the depth of the ground hole or to at least 2/3 of the depth of the ground hole. Alternatively, the first thermal insulation may extend a predetermined distance from the lower end of the ground hole upwards along the riser. The predetermined distance from the lower end of the ground hole can — be at least 10% of the depth of the ground hole or at least 20% of the depth of the ground hole.

N Ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voi olla tasainen N suunnassa maareikää pitkin. Tämä voidaan saavuttaa tyhjiöputkella tai tasaisella 3 eristemateriaalikerroksella suunnassa maareikää pitkin. Tämä mahdollistaa 2 tehokkaan lämpöenergian siirron maareiän alaosaan. E 30 Ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus voi myös laskea > suunnassa kohti maareiän alapäätä. Tämä voidaan saavuttaa siten, että 15 ensimmäisen lämpöeristeen paksuus pienenee suunnassa kohti maareiän alapäätä S siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suunnassa S kohti maareiän alapäätä. Vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste voi käsittää > 35 — ainakin kaksi erilaista lämpöeristemateriaalia, jotka on sovitettu nousuputkeen siten, että ensimmäisen lämpöeristeen lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti maareiän alapäätä. Tämä voi mahdollistaa pidemmän lämmönsiirtoajan ensisijaiselle käyttöfluidille maareiässä laajemmalla alueella ja säästöjä lämpöeristemateriaalissa.N The thermal conductivity of the first thermal insulation can be uniform in the N direction along the ground hole. This can be achieved with a vacuum tube or even 3 layers of insulating material in the direction along the ground hole. This enables 2 efficient transfer of thermal energy to the lower part of the ground hole. E 30 The thermal conductivity of the first thermal insulation can also decrease in the > direction towards the lower end of the ground hole. This can be achieved in such a way that the thickness of the first thermal insulation 15 decreases in the direction towards the lower end S of the ground hole so that the thermal conductivity of the first thermal insulation decreases in the direction S towards the lower end of the ground hole. Alternatively, the first thermal insulation can comprise > 35 — at least two different thermal insulation materials, which are fitted to the riser in such a way that the thermal conductivity of the first thermal insulation decreases in the direction towards the lower end of the ground hole. This can allow a longer heat transfer time for the primary working fluid in the ground hole over a wider area and savings in thermal insulation material.

Ensimmäinen pumppu voi olla käännettävä pumppu, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia nousuputkessa suuntaan kohti maareiän alapäätä ja ylöspäin kohti maanpintaa laskuputkessa, tai kohti maareiän alapäätä laskuputkessa ja ylöspäin kohti maanpintaa nousuputkessa. Geoterminen lämpöjärjestely voi lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja järjestetty ohjaamaan käännettävän ensimmäisen — pumpun toimintasuuntaa. Tämä tarjoaa yksinkertaisen rakenteen, jossa voidaan käyttää yhtä pumppua.The first pump may be a reversible pump arranged to pump the primary working fluid in the riser in a direction toward the bottom of the ground hole and upward toward the ground surface in the downpipe, or toward the bottom end of the ground hole in the downpipe and upward toward the ground surface in the riser. The geothermal heat arrangement can also comprise a control unit that is connected to the first pump and arranged to control the direction of operation of the reversible first pump. This provides a simple design where a single pump can be used.

Vaihtoehtoisesti geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää toisen pumpun, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suunnassa kohti maareiän alapäätä laskuputkessa ja ylöspäin kohti maanpintaa —nousuputkessa. Geoterminen lämpöjärjestely voi lisäksi käsittää ohjausyksikön, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun ja toiseen pumppuun, joka on järjestetty ohjaamaan ensimmäisen pumpun toimintaa ja toisen pumpun toimintaa säätämään ensisijaisen käyttöfluidin kiertosuunnan. Näin ollen ensimmäistä ja toista pumppua voidaan käyttää eri aikaisesti ensisijaisen käyttöfluidin halutun — kiertosuunnan asettamiseksi.Alternatively, the geothermal heat arrangement may comprise a second pump arranged to pump the primary operating fluid in the direction towards the lower end of the ground hole in the downpipe and upwards towards the ground surface in the riser pipe. The geothermal heat arrangement may further comprise a control unit connected to the first pump and the second pump, which is arranged to control the operation of the first pump and the operation of the second pump to adjust the direction of circulation of the primary operating fluid. Thus, the first and second pumps can be used at different times to set the desired direction of circulation of the primary operating fluid.

Ohjausyksikkö voidaan kytkeä lämmönvaihtoliitäntään ja sovittaa käyttämään ensimmäistä pumppua tai ensimmäistä ja toista pumppua vasteena lämmönvaihtoliitännän toimintatilaan. Vaihtoehtoisesti geoterminen lämpöjärjestely käsittää ajastimen, joka on kytketty ohjausyksikköön, ja —ohjausyksikkö voidaan järjestää ohjaamaan ensimmäistä pumppua tai N ensimmäistä ja toista pumppua vasteena ajastimesta tulevaan ajastimen N syötteeseen. Edelleen geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää ainakin yhden 3 lämpötila-anturin, joka on liitetty ohjausyksikköön ja ohjausyksikkö voidaan 2 järjestää käyttämään ensimmäistä pumppua tai ensimmäistä ja toista pumppua E 30 — vasteena lämpötila-anturista tulevalle lämpötilasyötteelle. Edelleen > vaihtoehtoisesti ohjausyksikkö voidaan liittää tiedonsiirtoyhteydellä ulkoiseen 15 datapalveluun ja ohjausyksikkö voidaan järjestää ohjaamaan ensimmäistä S pumppua tai ensimmäistä ja toista pumppua vasteena tietosyötteelle ulkoisesta S datapalvelusta. Vastaavasti ensimmäisen tai ensimmäisen ja toisen pumpun ja > 35 — geotermisen lämpöjärjestelyn toimintaa voidaan ohjata vasteena ennalta määrättyihin lämpöolosuhteisiin, ennalta määrättyyn toiminta-aikatauluun tai vasteena tietosyötteeseen ulkoisesta datapalvelusta.The control unit can be connected to the heat exchange interface and adapted to use the first pump or the first and second pumps in response to the operating state of the heat exchange interface. Alternatively, the geothermal heating arrangement comprises a timer connected to a control unit, and the control unit can be arranged to control the first pump or N first and second pumps in response to N inputs from the timer. Furthermore, the geothermal heat arrangement can comprise at least one 3 temperature sensor, which is connected to the control unit, and the control unit can be 2 arranged to use the first pump or the first and second pumps E 30 — in response to the temperature input from the temperature sensor. Further > alternatively, the control unit can be connected to an external 15 data service via a data transmission connection, and the control unit can be arranged to control the first S pump or the first and second pumps in response to data input from the external S data service. Accordingly, the operation of the first or first and second pump and > 35 — geothermal heat arrangement can be controlled in response to predetermined thermal conditions, a predetermined operating schedule, or in response to data input from an external data service.

Nousuputki ja laskuputki voidaan sijoittaa vierekkäin maareikään ja liittää toisiinsa liitosputkiosalla. Vaihtoehtoisesti pystysuora nousuputki voidaan järjestää laskuputken sisään maareiässä. Lisäksi maareikä voi muodostaa laskuputken ja nousuputki on järjestetty maareiän sisään. Kun nousuputki järjestetään laskuputken sisään, maareiän poikkipinta-ala hyödynnetään tehokkaasti ja geoterminen lämmönsiirto voidaan hyödyntää tehokkaasti. Tämä on erityisen edullista maarei'issä, joiden syvyys on yhtä suuri tai suurempi kuin 300 m.The riser and the downpipe can be placed side by side in the ground hole and connected to each other with a connecting pipe part. Alternatively, a vertical riser can be arranged inside the downpipe in the ground hole. In addition, the ground hole can form a downpipe and the riser is arranged inside the ground hole. When the riser is arranged inside the downpipe, the cross-sectional area of the ground hole is efficiently utilized and geothermal heat transfer can be utilized efficiently. This is particularly advantageous in ground holes with a depth equal to or greater than 300 m.

Edelleen nousuputki voidaan järjestää laskuputken sisälle maareikään siten, että nousuputki ulottuu jatke-etäisyyden ulos poistoputken alapäästä kohti maareiän alapäätä. Vaihtoehtoisesti poistoputki voi ulottua maanpinnasta maareikään vapaalle etäisyydelle maareiän alapäästä siten, että maareikä voi muodostaa maareiän alapäästä pitkin vapaata etäisyyttä poistoputken alapään.Furthermore, the riser can be arranged inside the downpipe in the ground hole in such a way that the riser extends out the extension distance from the lower end of the discharge pipe towards the lower end of the ground hole. Alternatively, the outlet pipe can extend from the ground surface to the ground hole to a free distance from the bottom end of the ground hole, so that the ground hole can form a free distance from the bottom end of the ground hole to the bottom end of the outlet pipe.

— Näin ollen maareikä voi muodostaa ainakin osan poistoputkesta ja nousuputki on järjestetty maareiän sisään. Tällä tavalla maareikä muodostaa poistoputken maareiän alapäässä siten, että lämmönsiirto ensisijaisen käyttöfluidin ja maareiän alapäätä ympäröivän maan välillä maksimoidaan, kun ne ovat suorassa kosketuksessa.— Consequently, the ground hole can form at least part of the outlet pipe and the riser is arranged inside the ground hole. In this way, the ground hole forms an outlet pipe at the bottom end of the ground hole so that heat transfer between the primary operating fluid and the soil surrounding the bottom end of the ground hole is maximized when they are in direct contact.

Maareiän syvyys voi olla vähintään 300 m, tai vähintään 500 m, tai 300 - 3000 m, tai 300 - 5000 m Esillä olevassa keksinnössä geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely soveltuvat erityisen hyvin käytettäväksi syvien maareikien yhteydessä.The depth of the ground hole can be at least 300 m, or at least 500 m, or 300 to 3000 m, or 300 to 5000 m. In the present invention, the geothermal heat exchanger and the geothermal heat arrangement are particularly suitable for use in connection with deep ground holes.

Keksinnön etuna on, että se mahdollistaa lämpöenergian siirtämisen — ensisijaisen käyttöfluidin kanssa maareiän alapäähän tai alaosaan vähentäen N lämmönvaihtoa tai lämpöhäviötä ensisijaisen käyttöfluidin virtauksen aikana N ainakin osittain lämpöeristetyssä nousuputkessa. Siksi lämpöenergiaa voidaan S varata maareikää ympäröivään maahan maareiän alapäässä. Siten esillä oleva 2 keksintö mahdollistaa lämpöenergian varastoinnin maaperään ja maareiän I 30 — alapäähän myöhempää talteenottoa varten.The advantage of the invention is that it enables heat energy to be transferred — with the primary working fluid to the lower end or lower part of the ground hole, reducing N heat exchange or heat loss during the flow of the primary working fluid in the N at least partially thermally insulated riser. Therefore, thermal energy S can be stored in the ground surrounding the ground hole at the lower end of the ground hole. Thus, the present invention 2 enables thermal energy to be stored in the soil and in the lower end of the ground hole I 30 — for later recovery.

a 5 KUVALUETTELO s Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla S oheisiin piirustuksiin, joissa 5 Kuva 1 esittää kaaviokuvan tunnetun tekniikan maaperäisestä lämmönvaihtimesta;a 5 LIST OF IMAGES s In the following, the invention is explained in detail with reference to the accompanying drawings, in which 5 Figure 1 shows a diagram of a known-art ground-based heat exchanger;

Kuva 2 esittää kaaviokuvan tunnetun tekniikan maaperäisestä lämmönvaihtimesta; Kuva 3 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn toisesta suoritusmuodosta; Kuva 4 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn vielä toisesta suoritusmuodosta; Kuva 5 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn vielä toisesta suoritusmuodosta; Kuva 6 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen — maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn vielä toisesta suoritusmuodosta; Kuva 7 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihtimen yhdestä suoritusmuodosta; Kuva 8 esittää kaaviokuvan ja yksityiskohtaisen kuvan esillä olevan keksinnön mukaisesta maaperäisestä lämmönvaihtimesta; ja Kuva 9 esittää kaaviokuvan esillä olevan keksinnön mukaisen maaperäisen lämmönvaihdinjärjestelyn yhdestä suoritusmuodosta.Figure 2 shows a diagram of a prior art ground-based heat exchanger; Figure 3 shows a diagram of the second embodiment of the soil heat exchanger arrangement according to the present invention; Figure 4 shows a diagram of yet another embodiment of the soil heat exchanger arrangement according to the present invention; Figure 5 shows a diagram of yet another embodiment of the ground heat exchanger arrangement according to the present invention; Fig. 6 shows a diagram of yet another embodiment of the ground-based heat exchanger arrangement according to the present invention; Figure 7 shows a diagram of one embodiment of the soil heat exchanger according to the present invention; Figure 8 shows a diagram and a detailed view of the soil heat exchanger according to the present invention; and Figure 9 shows a diagram of one embodiment of the soil heat exchanger arrangement according to the present invention.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS Kuvassa 1 on esitetty perinteinen tunnetun tekniikan geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely. Geoterminen lämpöjärjestely — käsittää maaperään sijoitetun maareiän 2 tai porausreiän, joka ulottuu maanpinnasta 1 alaspäin maaperään. Maareikä 2 muodostetaan poraamalla. Esillä olevan hakemuksen yhteydessä maareiän 2 syvyys voi olla vähintään 200 m, tai vähintään 300 m, tai 300 m - 3000 m, tai 500 - 2500 m. Maareikä voi ulottua syvälle pohjaveden alle maaperässä eli N 25 —pohjavedenläpi. Vaihtoehtoisesti maareikä voi ulottua maaperässä syvyyteen, joka N on pohjaveden yläpuvolella. 3 On huomioitava, että kuvissa samanlaisia rakenneosia ja rakenteita on 2 merkitty samoilla viitenumeroilla eikä niiden kuvausta toisteta jokaisen kuvan I yhteydessä. & 30 Lisäksi tässä hakemuksessa maareikä 2 voi olla mikä tahansa 5 maaperään ulottuva reikä, se voi olla pystysuora reikä, suora pystysuora tai s muuten suora reikä, joka ulottuu maaperään kulmassa maanpintaan nähden tai S pystysuuntaan. Lisäksi maareiässä 2 voi olla yksi tai useampi mutka ja maareiän 5 suunta voi muuttua yhden tai useamman kerran maaperää pitkin matkalla kohti —maareiän alapäätä tai pohjaa. Lisäksi on huomioitava, että nousuputken ja laskuputken muodon voi mukauttaa maareiän muotoon ainakin olennaisesti, jotta nousuputken ja laskuputken asennus maareikään saadaan oikein. Edullisesti maareikä ulottuu edellä mainitusti syvyyteen, mutta sillä voi olla yksi tai useampia taivutuksia pitkin pituutta tai se voi olla suora. Maareiän alapäässä 4 oleva maamateriaali on yleensä kiviainesta.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Figure 1 shows a traditional known-technology geothermal heat exchanger and geothermal heat arrangement. Geothermal heat arrangement — comprises a ground hole 2 placed in the soil or a borehole that extends from the ground surface 1 down into the soil. Ground hole 2 is formed by drilling. In connection with the present application, the depth of ground hole 2 can be at least 200 m, or at least 300 m, or 300 m - 3000 m, or 500 - 2500 m. The ground hole can extend deep below the groundwater in the soil, i.e. N 25 — through the groundwater. Alternatively, the ground hole can extend in the soil to a depth that is N at the top of the water table. 3 It should be noted that in the pictures, similar structural parts and structures are 2 marked with the same reference numbers and their description is not repeated in connection with each picture I. & 30 Furthermore, in this application, the ground hole 2 can be any 5 hole extending into the soil, it can be a vertical hole, straight vertical or s otherwise straight hole extending into the soil at an angle to the ground surface or S vertically. In addition, the ground hole 2 may have one or more bends and the direction of the ground hole 5 may change one or more times along the soil on the way to the lower end or bottom of the ground hole. In addition, it must be noted that the shape of the riser and downpipe can be adapted to the shape of the ground hole at least substantially, so that the installation of the riser and downpipe in the ground hole can be achieved correctly. Preferably, the ground hole extends to the depth mentioned above, but it may have one or more bends along the length or it may be straight. The soil material at the lower end of the ground hole 4 is usually aggregate.

Maareiän 2 yhteyteen on järjestetty geoterminen lämmönvaihdin. Geoterminen lämmönvaihdin käsittää putkijärjestelyn, jossa kierrätetään ensisijaista käyttöfluidia. Putkijärjestely käsittää tavallisesti suljetun silmukan putkiston, joka on järjestetty aikaansaamaan ensisijaisen käyttöfluidin suljetun — kierron. Ensisijainen käyttöfluidi on yleensä nestettä, kuten vesi- tai metanoli- tai etanolipohjaista käyttöfluidia. Putkijärjestely käsittää nousuputken 10 ja laskuputken 20, jotka on sovitettu maareikään 2 siten, että ne ulottuvat maanpinnasta kohti maareiän 2 pohjaa 4. Nousuputki ja laskuputki on yhdistetty toisiinsa liitosputkiosalla 18 tai mutkalla siten, että ne ovat fluidiyhteydessä — toistensa kanssa nousuputken 10 ja laskuputken 20 alapäissä ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi maareiässä 2 nousuputken 10 ja laskuputken 20 välillä. Kuten kuvassa 1 on esitetty, nousuputki 10 ja laskuputki 20 muodostavat U:n muotoisen putkirakenteen. Yksi tai useampi U-muotoinen putkirakenne tai yksi tai useampi nousuputki 10 ja laskuputki 20 voi olla järjestettynä samaan tai — eri maareikään 2.A geothermal heat exchanger is arranged in connection with ground hole 2. A geothermal heat exchanger comprises a pipe arrangement in which the primary operating fluid is circulated. The piping arrangement usually comprises closed loop piping arranged to provide a closed circulation of the primary working fluid. The primary operating fluid is usually a liquid, such as a water- or methanol- or ethanol-based operating fluid. The pipe arrangement comprises a riser 10 and a downpipe 20, which are fitted to the ground hole 2 in such a way that they extend from the ground towards the bottom 4 of the ground hole 2. The riser and the downpipe are connected to each other by a connecting pipe part 18 or a bend so that they are in fluid communication — with each other at the lower ends of the riser 10 and the downpipe 20 to circulate the primary working fluid in the ground hole 2 between the riser 10 and the downpipe 20. As shown in Figure 1, the riser 10 and the downcomer 20 form a U-shaped pipe structure. One or more U-shaped pipe structures or one or more riser 10 and faller 20 can be arranged in the same or — different ground hole 2.

Geoterminen lämmönvaihdin käsittää lisäksi ensimmäisen pumpun 8, joka on sovitettu putkijärjestelyyn 10, 20 ensisijaisen käyttöfluidin kierrättämiseksi putkijärjestelyssä. Ensimmäinen pumppu 8 voi olla mikä tahansa tunnettu pumppu, joka pystyy kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia.The geothermal heat exchanger further comprises a first pump 8, which is adapted to the pipe arrangement 10, 20 for circulating the primary operating fluid in the pipe arrangement. The first pump 8 can be any known pump capable of circulating the primary operating fluid.

Geoterminen lämmönvaihdin on lisäksi yhdistetty lämpöpumppuun 30, N jossalämmönvaihto tapahtuu ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin N välillä. Lämpöpumpussa 30 ensisijainen käyttöfluidi virtaa ensiöpiirissä 32 ja 3 toissijainen käyttöfluidi toisiopiirissä 34 ja lämmönvaihto tapahtuu ensiöpiirin 32 2 ja toisiopiirin 34 välillä. Lämpöpumppu 30 voi olla mikä tahansa tekniikan tason I 30 — mukainen yleisesti tunnettu lämpöpumppu. > Kuvassa 1 geoterminen lämmönvaihdin ja lämpöpumppu 30 on 15 sijoitettu rakennuksen 50 yhteyteen. Geotermistä lämmönvaihdinta käytetään S rakennuksen ilmanvaihtoilman lämmittämiseen tai viilentämiseen ja siten S ilmanvaihtoilma muodostaa = toissijaisen = käyttöfluidin, joka = syötetään > 35 —lämpöpumppuun 30. Ensisijainen käyttöfluidi pumpataan nousuputkea 10 pitkin kylmänä ensiövirtauksena 12 alaspäin maareiän 2 alapäätä 4 kohti. Maaperän lämpötila nousee syvyyssuunnassa ja kohti maareiän 2 alapäätä 4. Tämän mukaisesti ensisijainen käyttöfluidi ottaa maaperästä lämpöenergiaa H maareiässä 2 ja virtaa ylöspäin kohti maan pintaa 1 laskuputkea 20 pitkin lämmitettynä ensiövirtauksena 22. Lämmitetty ensiövirtaus 22 tulee lämpöpumppuun 30 ja — vapauttaa lämpöenergiaa kylmään toisiovirtaukseen 54 rakennuksesta 50. Siten ensisijaisen käyttöfluidin lämpötila laskee ja ensisijainen käyttöfluidi poistuu lämpöpumpusta 30 kylmänä ensiövirtauksena 12 uutta kiertoa varten.The geothermal heat exchanger is also connected to the heat pump 30, N where heat exchange takes place between the primary operating fluid and the secondary operating fluid N. In the heat pump 30, the primary operating fluid flows in the primary circuit 32 and the secondary operating fluid in the secondary circuit 34 and heat exchange takes place between the primary circuit 32 2 and the secondary circuit 34. The heat pump 30 can be any generally known heat pump according to the technical level I 30 —. > In Figure 1, the geothermal heat exchanger and heat pump 30 are 15 placed in connection with the building 50. The geothermal heat exchanger is used to heat or cool the ventilation air of the S building and thus the S ventilation air forms a = secondary = working fluid, which = is fed > 35 — to the heat pump 30. The primary working fluid is pumped along the riser 10 as a cold primary flow 12 down towards the lower end 4 of the ground hole 2. The soil temperature rises in the depth direction and towards the lower end of the ground hole 2 4. Accordingly, the primary operating fluid takes thermal energy H from the ground in the ground hole 2 and flows upwards towards the ground surface 1 along the downpipe 20 as a heated primary flow 22. The heated primary flow 22 enters the heat pump 30 and — releases heat energy into the cold secondary flow 54 from the building 50 Thus, the temperature of the primary working fluid decreases and the primary working fluid leaves the heat pump 30 as a cold primary flow 12 for a new cycle.

Vastaavasti toissijaisen käyttöfluidin lämpötila nousee lämpöpumpussa 30 ja toissijainen käyttöfluidi poistuu lämpöpumpusta lämmitettynä toisiovirtauksena 52. Ensiö- ja toisiovirtausten prosessi ja kierto voidaan vaihtaa lämmitystilasta, kuten edellä on kuvattu, jäähdytystilaan, jossa ensiö- ja toisiovirtaukset sekä lämmönsiirrot käännetään päinvastaiseksi rakennuksen 50 ilmanvaihtoilman jäähdyttämiseksi.Accordingly, the temperature of the secondary operating fluid rises in the heat pump 30 and the secondary operating fluid leaves the heat pump as a heated secondary flow 52. The process and circulation of the primary and secondary flows can be changed from the heating mode, as described above, to the cooling mode, where the primary and secondary flows and heat transfers are reversed in order to cool the ventilation air of the building 50.

Kuva 2 esittää tunnetun tekniikan suoritusmuotoa.Figure 2 shows an embodiment of the known technology.

Geoterminen lämmönvaihdin on järjestetty varaamaan lämpöenergiaa maareikää 2 ympäröivään maaperään, erityisesti maareiän 2 alapäähän 4. Geotermisen lämmönvaihtimen rakenne ja geoterminen lämpöjärjestely vastaavat kuvan 1 suoritusmuotoa.The geothermal heat exchanger is arranged to store thermal energy in the soil surrounding the ground hole 2, especially at the lower end of the ground hole 2 4. The structure of the geothermal heat exchanger and the geothermal heat arrangement correspond to the embodiment in Figure 1.

Vastaavasti kuuma toisiovirtaus 52 on järjestetty vapauttamaan lämpöenergiaa ensisijaiseen käyttöfluidiin lämpöpumpussa 30 siten, että kylmä toisiovirtaus 54 lähtee lämpöpumpusta 30 ja toissijaisen käyttöfluidin lämpötila laskee lämpöpumpussa 30. Ensimmäinen pumppu 8 on järjestetty kierrättämään ensisijaista käyttöfluidia suunnassa nousuputkea 10 alaspäin lämmitettynä ensiövirtauksena 22 ja ylöspäin laskuputkea 20 kylmänä ensiövirtauksena, kun — ensisijainen — käyttöfluidi — vapauttaa — lämpöenergiaa € lämmitetystä N ensiövirtauksesta maaperään.Correspondingly, the hot secondary flow 52 is arranged to release heat energy to the primary operating fluid in the heat pump 30 so that the cold secondary flow 54 leaves the heat pump 30 and the temperature of the secondary operating fluid decreases in the heat pump 30. The first pump 8 is arranged to circulate the primary operating fluid in the direction of the rising pipe 10 downwards as a heated primary flow 22 and up the descending pipe 20 as a cold primary flow , when the — primary — operating fluid — releases — thermal energy € from the heated N primary flow to the soil.

N Kuten kuvista näkyy, lämpöpumppu tai lämmönvaihtoliitäntä on 3 järjestetty = putkijärjestelyyn tai putkijärjestelyn yhteyteen maareiän 2 2 ulkopuolella.N As shown in the pictures, the heat pump or the heat exchange connection is 3 arranged = in the pipe arrangement or in connection with the pipe arrangement outside the ground hole 2 2 .

Putkijärjestelyssä voi olla suljettu kiertoputkisto ensisijaiselle E 30 — käyttöfluidille ja siten maareiän 2 ulkopuolella on liitäntäputkisto, joka yhdistää > nousuputken 10 ja laskuputken 20 suljetun kiertoputkiston muodostamiseksi. 15 Lämpöpumppu 30 voi olla myös mikä tahansa muu S lämmönvaihtoliitäntä, kuten toissijainen lämmönvaihdin.The piping arrangement may have a closed circulation piping system for the primary E 30 — working fluid, and thus outside the ground hole 2 there is a connecting piping system that connects > the riser pipe 10 and the downpipe 20 to form a closed circulation piping system. 15 The heat pump 30 can also be any other S heat exchange connection, such as a secondary heat exchanger.

Lämpöliitäntä 30 saa S aikaan lämmönvaihdon ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin > 35 — kanssa.Thermal interface 30 causes S to exchange heat with the primary operating fluid and the secondary operating fluid > 35 — .

Lisäksi on huomioitava, että putkijärjestelyn yhteydessä voi olla useampi kuin yksi lämmönvaihtoliitäntä.In addition, it must be noted that there may be more than one heat exchange connection in connection with the pipe arrangement.

Eräässä suoritusmuodossa lämmönvaihtoliitäntä 30 voi olla lämmönlähdeliitäntä lämpöenergian vapauttamiseksi ensisijaiseen käyttöfluidiin ja edelleen maahan.In one embodiment, the heat exchange interface 30 may be a heat source interface to release thermal energy to the primary operating fluid and further to the ground.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti nousuputki 10 on varustettu ensimmäisellä lämpöeristeellä 25, joka ympäröi nousuputkea 10 ainakin osalla nousuputken 10 pituutta.According to the present invention, the riser 10 is equipped with a first thermal insulation 25, which surrounds the riser 10 for at least part of the length of the riser 10.

Ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu maanpinnasta 1 nousuputkea 10 pitkin alaspäin maareiän 2 alapäätä 4 kohti.The first thermal insulation 25 extends from the ground surface 1 along the riser pipe 10 downwards towards the lower end 4 of the ground hole 2.

Ensimmäinen lämpöeriste vähentää lämmönsiirtoa ensisijaisen käyttöfluidin lämmitetystä ensiövirrasta 22 nousuputkea 10 pitkin maareiän 2 ympärillä olevaan maaperään —jalaskuputkeen 20 ja kylmään ensiövirtaukseen 12 laskuputkessa 20. On huomioitava, että ensimmäinen lämpöeriste 25 voi myös ulottua maanpinnan yläpuolelta 1, nousuputken 10 yläpäästä 7 tai lämpöpumpusta 30 kohti maareiän 2 alapäätä 4. Nousuputki 10 voi käsittää eristemateriaalikerroksen nousuputken 10 — ulkopinnalla tai nousuputken 10 sisäpinnalla.The first heat insulator reduces the heat transfer from the heated primary stream 22 of the primary working fluid along the riser pipe 10 to the soil around the ground hole 2 — and to the downpipe 20 and to the cold primary flow 12 in the downpipe 20. It should be noted that the first heat insulator 25 can also extend from above the ground surface 1, from the upper end 7 of the riser pipe 10 or from the heat pump 30 towards the ground hole 2 lower ends 4. The riser 10 can comprise a layer of insulation material on the outer surface of the riser 10 or on the inner surface of the riser 10.

Eristemateriaalikerros on järjestetty muodostamaan ensimmäinen lämpöeriste 25. Eristemateriaalikerros voidaan muodostaa mistä tahansa tunnetusta eristemateriaalista, eikä esillä oleva keksintö rajoitu mihinkään tiettyyn eristemateriaaliin.The insulating material layer is arranged to form the first thermal insulator 25. The insulating material layer can be formed from any known insulating material, and the present invention is not limited to any specific insulating material.

Lisäksi on huomioitava, että lämpöpumppu 30 voi olla mikä tahansa — tunnetun tyyppinen lämpöpumppu tai mikä tahansa lämmönvaihtoliitäntä, jossa ensisijainen käyttöfluidi voi vastaanottaa lämpöenergiaa maareiän 2 ulkopuolella ja johon geoterminen lämmönvaihdin tai sen putkijärjestelyt voidaan liittää.In addition, it should be noted that the heat pump 30 can be anything — a known type of heat pump or any heat exchange connection where the primary operating fluid can receive thermal energy outside the ground hole 2 and to which the geothermal heat exchanger or its piping arrangements can be connected.

Kuvan 2 suoritusmuodossa nousuputki 10 ja laskuputki 20 on järjestetty etäälle toisistaan ja yhdistetty toisiinsa liitosputkiosalla 18 tai mutkalla —nousuputken 10 ja laskuputken 20 alapäissä.In the embodiment of Figure 2, the riser pipe 10 and the downpipe 20 are arranged at a distance from each other and connected to each other by a connecting pipe part 18 or a bend at the lower ends of the riser pipe 10 and the downpipe 20.

Toisin sanoen nousuputki 10 ja N laskuputki 20 muodostavat U:n muotoisen putkirakenteen.In other words, the riser 10 and the N downcomer 20 form a U-shaped pipe structure.

On kuitenkin N huomattava, että esillä oleva keksintö ei rajoitu mihinkään tiettyyn nousuputken 3 10 ja laskuputken 20 putkirakenteeseen tai mihin tahansa määrään nousuputkia 2 10 ja laskuputkia 20. E 30 Kuvan 2 suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste ulottuu > nousuputkea 10 pitkin etäisyydelle nousuputken 10 alapäästä tai liitosputkiosasta 15 18 tai mutkasta.However, it should be noted that the present invention is not limited to any particular pipe structure of riser 3 10 and downcomer 20 or to any number of risers 2 10 and downcomers 20. E 30 In the embodiment of Figure 2, the first thermal insulation extends > along the riser 10 to a distance from the lower end of the riser 10 or the connecting pipe part 15 18 or bend.

S Lämpöeriste 25 yhdessä lämmitetyn ensiövirtauksen 22 kanssa, joka on S varustettu ensimmäisen pumpun 8 kanssa nousuputkessa 10, vähentää tai > 35 — minimoi lämmönsiirtoa lämmitetystä ensiövirrasta 22 nousuputkessa 10 siten, että ensisijainen käyttöfluidi voidaan kuljettaa lämmitetyssä muodossa tai korotetussa lämpötilassa ensimmäisen putken 10 alapäähän ja maareiän 2 alapäähän 4. Näin ollen ensisijainen käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa C korotetussa lämpötilassa maaperään, joka ympäröi maareikää 2 alapäässä ja lataa siten lämpöenergiaa maaperään myöhempää käyttöä varten.S The heat insulator 25 together with the heated primary stream 22, which is S equipped with the first pump 8 in the riser 10, reduces or > 35 — minimizes the heat transfer from the heated primary stream 22 in the riser 10 so that the primary working fluid can be transported in a heated form or at an elevated temperature to the lower end of the first pipe 10 and the ground hole 2 to the lower end 4. Thus, the primary operating fluid releases thermal energy C at an elevated temperature into the soil surrounding the ground hole 2 at the lower end, thereby charging thermal energy into the soil for later use.

Ensimmäinen pumppu 8 voi olla käännettävä pumppu, joka on järjestetty pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia suunnassa nousuputkessa 10 alaspäin ja laskuputkessa 20 ylöspäin tai vaihtoehtoisesti laskuputkessa 20 alaspäin ja nousuputkessa 10 ylöspäin. Ensimmäinen on lataustila, jossa lämpöenergiaa varataan maaperään, ja toinen on käänteinen tila, eli ottotila, jossa — ladattu lämpöenergia poistetaan maaperästä. Geoterminen lämmönvaihdin tai geoterminen lämpöjärjestely voi lisäksi käsittää ohjausyksikön 60, joka on yhdistetty ensimmäiseen pumppuun 8 pumppuliitännällä 61 ja joka on järjestetty ohjaamaan käännettävän ensimmäisen pumpun 8 toimintasuuntaa lataustilan ja ottotilan välillä.The first pump 8 can be a reversible pump arranged to pump the primary operating fluid in the direction downwards in the riser 10 and upwards in the riser 20 or alternatively downwards in the riser 20 and upwards in the riser 10 . The first is the charging mode, where heat energy is stored in the soil, and the second is the reverse mode, i.e. the extraction mode, where — charged thermal energy is removed from the soil. A geothermal heat exchanger or a geothermal heat arrangement can also comprise a control unit 60, which is connected to the first pump 8 with a pump connection 61 and which is arranged to control the direction of operation of the reversible first pump 8 between the loading space and the intake space.

Ohjausyksikkö 60 voidaan myös liittää lämmönvaihtoliitäntään 30 tietoliitännällä 62 ja sovittaa käyttämään ensimmäistä pumppua 8 vasteena lämmönvaihtoliitännän 30 toimintaolosuhteisiin, esimerkiksi ensiö- ja/tai toisiofluidin lämpötiloihin lämmönvaihtoliitännässä 30.The control unit 60 can also be connected to the heat exchange interface 30 with the data interface 62 and adapted to use the first pump 8 in response to the operating conditions of the heat exchange interface 30, for example the temperatures of the primary and/or secondary fluid in the heat exchange interface 30.

Kuvassa 3 on toinen suoritusmuoto, jossa nousuputki 11 on järjestetty laskuputken 21 sisään. Muuten kuvan 3 suoritusmuoto vastaa kuvan 2 suoritusmuotoa. Tässä suoritusmuodossa nousuputki 11 ja laskuputki 21 on sijoitettu sisäkkäin toistensa sisään tai ne voidaan järjestää koaksiaalisesti toistensa sisään siten, että nousuputki 11 on poistoputken 21 sisällä. Lämmitetty ensiövirtaus 22 virtaa alaspäin nousuputkessa 11, jossa on ensimmäinen —lämpöeriste 25, ja virtaa ulos nousuputkesta 11 nousuputken 11 avoimesta N alapäästä 17 nousuputkea 11 ympäröivään laskuputkeen 21. Ensisijainen N käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa € maaperään laskuputken 21 alapäässä 13 3 tai maareiän 2 alapäässä 4 ja virtaa sitten kylmänä ensiövirtauksena 12 ylöspäin 2 laskuputkea 21 pitkin. Ensimmäinen eriste 25 vähentää tai minimoi lämmönsiirtoa E 30 —nousuputken 11 ja laskuputken 21 sekä lämmitetyn virtauksen 22 ja kylmän > virtauksen 12 välillä. 15 Kuten kuvassa 3 näkyy, lämpöeriste 25 ulottuu etäisyydelle S nousuputken 17 alapäästä 17. S Kuvan 3 suoritusmuodossa laskuputki 21 on putki, jossa on suljettu > 35 — alapää 13 ja joka ulottuu maareiän 2 sisällä maareiän alapään 4 läheisyyteen. Näin ollen nousuputki 11 on kokonaan laskuputken 21 sisällä maareiässä 2, eikä ensisijainen käyttöfluidi ole suorassa kosketuksessa maaperän kanssa.Figure 3 shows another embodiment, where the riser 11 is arranged inside the downcomer 21. Otherwise, the embodiment of figure 3 corresponds to the embodiment of figure 2. In this embodiment, the riser pipe 11 and the down pipe 21 are nested inside each other or they can be arranged coaxially inside each other so that the riser pipe 11 is inside the outlet pipe 21. The heated primary flow 22 flows downward in the riser 11, which has a first thermal insulator 25, and flows out of the riser 11 from the open N lower end of the riser 11 17 into the downpipe 21 surrounding the riser 11. The primary N operating fluid releases heat energy € into the soil at the lower end 13 3 of the downpipe 21 3 or at the lower end 4 of the ground hole 2 and then flows as a cold primary flow 12 upwards along 2 downcomers 21. The first insulator 25 reduces or minimizes the heat transfer E 30 between the riser 11 and the downcomer 21 and between the heated flow 22 and the cold flow 12. 15 As shown in Fig. 3, the thermal insulation 25 extends to a distance S from the lower end 17 of the riser 17. S In the embodiment of Fig. 3, the downpipe 21 is a pipe with a closed > 35 — lower end 13 and which extends inside the ground hole 2 to the vicinity of the lower end 4 of the ground hole. Consequently, the riser 11 is completely inside the downcomer 21 in the ground hole 2, and the primary operating fluid is not in direct contact with the soil.

Kuvassa 4 on esitetty suoritusmuoto, joka vastaa kuvan 3 suoritusmuotoa. Tässä suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu maanpinnasta 1 nousuputken 11 alapäähän 17. Näin ollen ensimmäinen lämpöeriste 25 voi ulottua pitkin koko nousuputken 11 pituutta, ainakin maareiän 2 tai laskuputken 21 sisällä. Ensimmäinen lämpöeriste 25 voi myös ulottua koko nousuputken 11 pituudella.Figure 4 shows an embodiment that corresponds to the embodiment of Figure 3. In this embodiment, the first thermal insulation 25 extends from the ground surface 1 to the lower end 17 of the riser 11. Thus, the first thermal insulation 25 can extend along the entire length of the riser 11, at least inside the ground hole 2 or the downpipe 21. The first thermal insulation 25 can also extend along the entire length of the riser 11.

Tässä suoritusmuodossa nousuputki 11 voi olla tyhjiöputki, joka käsittää tyhjiökerroksen, joka ympäröi nousuputken 11 virtauskanavaa. Siten — tyhjiökerros on järjestetty muodostamaan ensimmäinen lämpöeriste 25. Se voidaan myös varustaa millä tahansa muulla eristävällä materiaalilla.In this embodiment, the riser 11 may be a vacuum tube comprising a vacuum layer surrounding the flow channel of the riser 11 . Thus — the vacuum layer is arranged to form the first thermal insulation 25. It can also be equipped with any other insulating material.

Tässä — suoritusmuodossa — ensimmäinen — lämpöeriste — ulottuu nousuputkea 11 pitkin nousuputken 11 alapäähän 17.In this — embodiment — the first — thermal insulation — extends along the riser 11 to the lower end 17 of the riser 11.

Kuvan 4 geoterminen lämmönvaihdin käsittää toisen pumpun 9, joka — on sovitettu pumppaamaan ensisijaista käyttöfluidia laskuputkea 21 alaspäin ja nousuputkea 11 ylöspäin, kun geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely ovat lämmönottotilassa. Vastaavasti ensimmäinen pumppu 8 on järjestetty toimimaan lämmönlataustilassa ja toinen pumppu 9 lämmönottotilassa.The geothermal heat exchanger of Figure 4 comprises a second pump 9, which — is adapted to pump the primary working fluid down the downpipe 21 and up the riser 11 when the geothermal heat exchanger and the geothermal heat arrangement are in the heat intake mode. Correspondingly, the first pump 8 is arranged to operate in heat loading mode and the second pump 9 in heat absorption mode.

Ohjausyksikkö 60 voidaan liittää ensimmäiseen pumppuun 8 ja toiseen pumppuun 9 ja sovittaa ohjaamaan ensimmäisen 8 ja toisen 9 pumpun toimintaa ensisijaisen käyttöfluidin kiertosuunnan asettamiseksi lämmön lataus- tai ottotilaan, valinnaisesti.The control unit 60 can be connected to the first pump 8 and the second pump 9 and adapted to control the operation of the first 8 and the second 9 pumps to set the direction of circulation of the primary operating fluid in the heat charging or receiving mode, optionally.

Kuvassa 4 ei ole erillistä poistoputkea 21, mutta maareikä 9 on järjestetty muodostamaan poistoputki 21.In Figure 4, there is no separate exhaust pipe 21, but the ground hole 9 is arranged to form an exhaust pipe 21.

Kuva 5 esittää muunnelman kuvan 4 suoritusmuodosta. Tässä N suoritusmuodossa nousuputki 11 on järjestetty laskuputken 21 sisään maareikään N 2. Laskuputki 21 ulottuu maanpinnasta 1 maareikään 2 tunkeutumisetäisyydelle N 3 ja vapaalle etäisyydelle P maareiän 2 alapäästä 4 siten, että maareikä 2 muodostaa 2 laskuputken vapaalla etäisyydellä P maareiän 2 alapäästä.Figure 5 shows a variation of the embodiment of Figure 4. In this N embodiment, the riser 11 is arranged inside the downpipe 21 in the ground hole N 2. The downpipe 21 extends from the ground surface 1 to the ground hole 2 to the penetration distance N 3 and to the free distance P from the bottom end 4 of the ground hole 2 so that the ground hole 2 forms 2 downpipes at the free distance P from the bottom end of the ground hole 2.

E 30 Lisäksi nousuputki 11 ulottuu jatke-etäisyyden M ulos laskuputken 21 > alapäästä 13 kohti maareiän 2 alapäätä 4. Siten nousuputki 11 ulottuu vapaalle 15 etäisyydelle P.E 30 In addition, the riser 11 extends an extension distance M out of the lower end 13 of the downpipe 21> towards the lower end 4 of the ground hole 2. Thus, the riser 11 extends to a free distance 15 P.

S Ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu nousuputken 11 alapäähän 17. S Ensimmäinen lämpöeriste 25 voisi kuitenkin ulottua vain laskuputken 21 > 35 — alapäähän 13 tai sitten laskuputken 21 alapään 13 ja nousuputken 11 alapään 17 väliin.S The first heat insulator 25 extends to the lower end 17 of the riser 11. However, the first heat insulator 25 could only extend to the lower end 13 of the downpipe 21 > 35 — or between the lower end 13 of the downpipe 21 and the lower end 17 of the riser 11.

Kuvassa 6 on esitetty suoritusmuoto, jossa myös laskuputki 21 on varustettu myös toisella lämpöeristeellä 15, joka ympäröi laskuputkea 21 ainakin osalla laskuputken 21 pituutta.Figure 6 shows an embodiment in which the downpipe 21 is also equipped with another heat insulator 15, which surrounds the downpipe 21 for at least part of the length of the downpipe 21.

Toinen lämpöeriste 15 voi olla samankaltainen.The second heat insulator 15 can be similar.

Näin ollen kaikki, mitä on kuvattu koskien ensimmäistä lämpöeristettä 25, koskee myös toista lämpöeristettä 15. Toinen lämpöeriste 15 voidaan järjestää laskuputken sisäpinnalle tai ulkopinnalle. 21. Toinen lämpöeriste 15 voi ulottua laskuputkea 21 pitkin laskuputken 21 alapäähän 13 tai etäisyydelle alapäästä 13. Siten ensisijainen käyttöfluidi voi vapauttaa lämpöenergiaa maaperään vain maareiän 2 alapäässä 4 tai sen läheisyydessä, ja lämmönvaihto kylmän ensiövirran 12 ja maaperän ja lämmitetyn ensiövirran 22 välillä vähenee.Consequently, everything that has been described regarding the first thermal insulator 25 also applies to the second thermal insulator 15. The second thermal insulator 15 can be arranged on the inner surface or the outer surface of the downpipe. 21. The second heat insulator 15 can extend along the downpipe 21 to the lower end 13 of the downpipe 21 or at a distance from the lower end 13. Thus, the primary operating fluid can release heat energy to the soil only at the lower end 4 of the ground hole 2 or in its vicinity, and the heat exchange between the cold primary flow 12 and the soil and the heated primary flow 22 is reduced.

Tämä saattaa estää kylmää ensiövirtausta 12 lämpenemästä yläosan laskuputkessa 21, jos maaperä on korkeammassa lämpötilassa kuin kylmä ensiövirtaus maareiän 2 yläosassa.This may prevent the cold primary flow 12 from warming up in the upper downpipe 21 if the soil is at a higher temperature than the cold primary flow at the top of the ground hole 2.

Kuvien 2 - 6 suoritusmuodossa ensimmäisen lämpöeristeen 25 lämmönjohtavuus on ollut tasainen nousuputkea 10, 11 pitkin olevassa suunnassa.In the embodiment of Figures 2 to 6, the thermal conductivity of the first thermal insulation 25 has been uniform in the direction along the riser 10, 11.

Kuvassa 7 on esitetty suoritusmuoto, jossa ensimmäisen lämpöeristeen 25 lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti nousuputken 11 alapäätä 17. Tässä suoritusmuodossa ensimmäisen lämpöeristeen 25 paksuus on sovitettu pienenemään suuntaan kohti nousuputken 11 alapäätä 17 siten, että ensimmäisen lämpöeristeen 25 lämmönjohtavuus pienenee suunnassa kohti nousuputken 11 — alapäätä 17. Tämä mahdollistaa sen, että lämmitetty ensiövirtaus 22 voi vähitellen lisätä lämmönsiirtoa kylmään ensiövirtaukseen 12 ja maahan, kun se virtaa kohti nousuputken 11 alapäätä 17 ja maareiän 2 alapäätä 4. Kuvassa 8 on kaaviomaisesti esitetty ensimmäisen lämpöeristeen 25 mahdolliset mitat.Figure 7 shows an embodiment in which the thermal conductivity of the first thermal insulation 25 decreases in the direction towards the lower end 17 of the riser 11. In this embodiment, the thickness of the first thermal insulation 25 is adapted to decrease in the direction towards the lower end 17 of the riser 11 so that the thermal conductivity of the first thermal insulation 25 decreases in the direction towards the lower end 17 of the riser 11. This enables the heated primary flow 22 to gradually increase the heat transfer to the cold primary flow 12 and to the ground as it flows towards the lower end 17 of the riser 11 and the lower end 4 of the ground hole 2. Figure 8 schematically shows the possible dimensions of the first heat insulator 25.

Nousuputkessa 11 on yläpää 7 ja alapää 17. Laskuputkessa 21 — on yläpää 27 ja alapää 13. Maareikä 2 ulottuu maanpinnasta 1 maareiän 2 N alapäähän 4. N Eräässä suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 voi ulottua 3 nousuputken 11 yläpäästä 7 kohti nousuputken 11 alapäätä 17 ainakin 50 % 2 nousuputken 11 pituudesta L tai ainakin 2/ 3 nousuputken 11 pituudesta L, kuten I 30 — on merkitty kirjaimella J kuvassa 8. > Eräässä toisessa suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 voi 15 ulottua ennalta määrätyltä etäisyydeltä O nousuputken 11 alapäästä 17 ylöspäin S nousuputkea 11 pitkin.The riser 11 has an upper end 7 and a lower end 17. The downpipe 21 — has an upper end 27 and a lower end 13. The ground hole 2 extends from the ground surface 1 to the lower end 4 of the ground hole 2 N. N In one embodiment, the first thermal insulation 25 can extend 3 from the upper end 7 of the riser 11 towards the lower end 17 of the riser 11 at least 50 % 2 of the length L of the riser 11 or at least 2/3 of the length L of the riser 11, as I 30 — is indicated by the letter J in Fig. 8. > In another embodiment, the first thermal insulation 25 may 15 extend from a predetermined distance O from the lower end 17 of the riser 11 upwards S along the riser 11 .

Ennalta määrätty etäisyys O nousuputken 11 alapäästä 17 S voi olla vähintään 10 % nousuputken 11 pituudesta L tai vähintään 20 % > 35 —nousuputken 11 pituudesta L.The predetermined distance O from the lower end 17 S of the riser 11 can be at least 10% of the length L of the riser 11 or at least 20% > 35 — of the length L of the riser 11.

Vielä eräässä vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa ensimmäinen lämpöeriste 25 ulottuu nousuputkea 11 pitkin maanpinnasta 1 kohti maareiän 2 alapäätä 4 tai laskuputken 21 alapäätä 13 ja vähintään 50 %:iin maareiän 2 syvyyteen D tai vähintään 2/3 maareiän 2 syvyydestä D, kuten kuvassa 8 on merkitty J:llä.In yet another alternative embodiment, the first thermal insulation 25 extends along the riser pipe 11 from the ground surface 1 towards the lower end 4 of the ground hole 2 or the lower end 13 of the downpipe 21 and to at least 50% of the depth D of the ground hole 2 or at least 2/3 of the depth D of the ground hole 2, as marked J in Fig. 8: with.

Edelleen vaihtoehtoisesti ensimmäinen lämpöeriste 25 voi ulottua ennalta määrätyltä etäisyydeltä E maareiän 2 alapäästä 4 tai laskuputken 21 alapäästä 13 ylöspäin nousuputkea 11 pitkin. Ennalta määrätty etäisyys E maareiän 2 alapäästä 4 tai laskuputken 21 alapäästä 13 voi olla vähintään 10 % maareiän 2 syvyydestä D tai vähintään 20 % maareiän 2 syvyydestä D, tai —laskuputken pituudesta 21.Alternatively, the first thermal insulation 25 can extend from the predetermined distance E from the lower end 4 of the ground hole 2 or from the lower end 13 of the downpipe 21 upwards along the riser 11. The predetermined distance E from the lower end 4 of the ground hole 2 or the lower end 13 of the downpipe 21 can be at least 10% of the depth D of the ground hole 2 or at least 20% of the depth D of the ground hole 2, or —the length of the downpipe 21.

Kuva 9 esittää kaavamaisesti ohjausyksikön 60 toimintaa geotermisen lämpöjärjestelyn käyttämiseksi. Geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää yhden tai useamman lämpötila-anturin 71 lämpötilan mittaamiseksi esimerkiksi rakennuksen 50 sisällä, rakennusta 50 ympäröivässä ilmakehässä, rakennuksen 50 —ilmanvaihtojärjestelmässä tai missä tahansa muussa ulkoisessa paikassa. Ainakin yksi lämpötila-anturi 71 voidaan liittää ohjausyksikköön 60 ja ohjausyksikkö 60 voidaan järjestää ohjaamaan ensimmäistä pumppua 8 tai ensimmäistä ja toista pumppua 8, 9 vasteena lämpötilan syötteeseen ainakin yhden anturin 71 lämpötilasta.Figure 9 schematically shows the operation of the control unit 60 for using the geothermal heat arrangement. The geothermal heat arrangement may comprise one or more temperature sensors 71 for measuring the temperature, for example, inside the building 50, in the atmosphere surrounding the building 50, in the ventilation system of the building 50 or in any other external location. At least one temperature sensor 71 can be connected to the control unit 60 and the control unit 60 can be arranged to control the first pump 8 or the first and second pumps 8, 9 in response to a temperature input from the temperature of at least one sensor 71.

Vaihtoehtoisesti tai lisäksi geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää yhden tai useamman anturin 75, 77, jotka on järjestetty nousuputkeen 11 ja/tai laskuputkeen 21. Nämä anturit voivat olla lämpötila-antureita, virtausantureita tai joitain muita antureita, jotka mittaavat lämmitettyä ensiövirtausta 22 ja kylmää ensiövirtausta 12. Yksi tai useampi anturi 75, 77 voidaan liittää ohjausyksikköön 60 ja ohjausyksikkö 60 voidaan järjestää käyttämään ensimmäistä pumppua 8 tai N ensimmäistä ja toista pumppua 8, 9, vasteena mittausvasteelle yhdeltä tai N useammalta anturilta 75, 77 nousuputkessa 11 ja/tai laskuputkessa 21. 3 Geoterminen lämpöjärjestely voi käsittää myös ajastimen 73 tai 2 ohjausyksikköön 60 kytketyn manuaalisen käyttölaitteen. Ohjausyksikkö 60 voi E 30 olla järjestetty käyttämään ensimmäistä pumppua 8 tai ensimmäistä ja/tai toista > pumppua 3, 9 vasteena ajastimesta 73 saatavalle ajastinvasteelle tai manuaaliselle 15 käyttövastelle manuaalisesta käyttölaitteesta. S Ohjausyksikkö 60 voidaan myös liittää tiedonsiirtoyhteydellä 100 S ulkoiseen datapalveluun 102 siten, että ohjausyksikkö 60 voidaan järjestää > 35 — ohjaamaan ensimmäistä pumppua 8 tai ensimmäistä ja/tai toista pumppua 8, 9 vasteena = ulkoisesta datapalvelusta 102 saatavalle datavasteelle.Alternatively or additionally, the geothermal heat arrangement may comprise one or more sensors 75, 77 arranged in the riser 11 and/or the downcomer 21. These sensors may be temperature sensors, flow sensors or some other sensors that measure the heated primary flow 22 and the cold primary flow 12. One or more sensors 75, 77 can be connected to the control unit 60 and the control unit 60 can be arranged to use the first pump 8 or N first and second pumps 8, 9, in response to the measurement response from one or more N sensors 75, 77 in the riser 11 and/or the downcomer 21. 3 Geothermal the thermal arrangement can also comprise a timer 73 or 2 manual operating devices connected to the control unit 60. The control unit 60 can E 30 be arranged to use the first pump 8 or the first and/or second > pump 3, 9 in response to the timer response obtained from the timer 73 or to the manual 15 operating response from the manual operating device. S The control unit 60 can also be connected with the data transmission connection 100 S to the external data service 102 so that the control unit 60 can be arranged > 35 — to control the first pump 8 or the first and/or the second pump 8, 9 in response = to the data response received from the external data service 102.

Tiedonsiirtoyhteys 100 voi olla mikä tahansa tunnettu langaton tai langallinen tiedonsiirtoyhteys, esimerkiksi Internet-yhteys, lähiverkko, matkaviestinverkko tai vastaava. Ulkoinen palvelu 102 tai ulkoinen tietokanta voi olla mikä tahansa sopiva palvelu tai tietokanta, josta ohjausyksikkö voi saada käyttötiedot, jotka —ohjaavatensimmäisen pumpun 8 tai ensimmäisen ja toisen pumpun 8,9 toimintaa. Geoterminen lämmönvaihdin ja geoterminen lämpöjärjestely mahdollistavat — tehokkaan — menetelmän — hyödyntämisen — lämpöenergian lataamiseksi maahan ja varatun lämpöenergian edelleen hyödyntämisen myöhempään tarkoitukseen.The data transmission connection 100 can be any known wireless or wired data transmission connection, for example an Internet connection, a local area network, a mobile communication network or the like. The external service 102 or the external database can be any suitable service or database from which the control unit can obtain operating information that controls the operation of the first pump 8 or the first and second pumps 8,9. A geothermal heat exchanger and a geothermal heat arrangement enable — an efficient — method of — utilization — of charging thermal energy into the ground and further utilizing the reserved thermal energy for a later purpose.

Vastaavasti — menetelmä — käsittää — ensisijaisen = käyttöfluidin kierrättämisen — geotermisessä — lämmönvaihtimessa ja lämmönvaihdon aikaansaamisen geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välillä siten, että ensisijainen käyttöfluidi saa lämpöenergiaa toissijaisesta käyttöfluidista ja ensisijaisen käyttöfluidin — lämpötila nousee. Geoterminen lämpöjärjestely toimii siten lataustilassa, jossa ensisijainen käyttöfluidi saa lämpöenergiaa sekundäärisestä käyttöfluidista geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välisessä lämmönvaihdossa. Ensisijaista käyttöfluidia kierrätetään edelleen lataustilassa alaspäin nousuputkessa 10, 11 ja ylöspäin laskuputkessa 20, 21 lämpöenergian, eli ensisijaisen käyttöfluidin tai kuumennetun ensiövirtauksen 22 kuljettamiseksi kohotetussa lämpötilassa, maareiän 4 alapäähän 4 ja lämpöenergian vapauttamiseksi ensisijaisesta käyttöfluidista maaperään maareiän 2 alapäässä. Siksi lämpöenergiaa varataan maaperään maareiän 2 alapäässä 4.Correspondingly — the method — comprises — circulating the primary = working fluid — in the geothermal — heat exchanger and establishing a heat exchange between the primary working fluid and the secondary working fluid circulating in the geothermal heat exchanger, so that the primary working fluid receives thermal energy from the secondary working fluid and the temperature of the primary working fluid — rises. The geothermal heat arrangement thus operates in charging mode, where the primary operating fluid receives thermal energy from the secondary operating fluid in the heat exchange between the primary operating fluid and the secondary operating fluid circulating in the geothermal heat exchanger. The primary operating fluid is further circulated in the charging state downwards in the riser 10, 11 and upward in the downcomers 20, 21 to transport thermal energy, i.e. the primary operating fluid or heated primary flow 22 at an elevated temperature, to the lower end 4 of the ground hole 4 and to release thermal energy from the primary operating fluid to the soil at the lower end of the ground hole 2. Therefore, thermal energy is stored in the soil at the lower end of the ground hole 2 4.

Menetelmä voi käsittää geotermisen lämpöjärjestelyn käyttämisen N ottotilassa, jossa ensisijainen = käyttöfluidi vapauttaa lämpöenergiaa N sekundaariseen käyttöfluidiin geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän 3 ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välisessä lämmönvaihdossa. 2 Ottotilassa ensisijaista käyttöfluidia voidaan kierrättää alaspäin suuntaan E 30 —laskuputkessa 20, 21 ja ylöspäin suuntaan nousuputkessa 10, 11 lämpöenergian > kuljettamiseksi, eli ensisijaista käyttöfluidia tai lämmennyttä ensiövirtausta 15 korotetussa lämpötilassa, maareiästä 2 ja lämpöenergian vapauttamiseksi S ensisijaisesta käyttöfluidista sekundaariseen käyttöfluidiin geotermisessä S lämmönvaihtimessa = kiertävän = ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen > 35 — käyttöfluidin välisessä lämmönvaihdossa.The method can comprise using a geothermal heat arrangement in the N intake space, where the primary = operating fluid releases heat energy to the N secondary operating fluid in the heat exchange between the 3 primary operating fluids and the secondary operating fluid circulating in the geothermal heat exchanger. 2 In the intake mode, the primary operating fluid can be circulated downwards in the E 30 downpipe 20, 21 and upward in the riser 10, 11 in order to transport thermal energy >, i.e. the primary operating fluid or heated primary flow 15 at an elevated temperature, from the ground hole 2 and to release thermal energy S from the primary operating fluid to the secondary operating fluid in the geothermal S heat exchanger = in the heat exchange between circulating = primary operating fluid and secondary > 35 — operating fluid.

Lämmönvaihdon järjestäminen geotermisessä lämmönvaihtimessa kiertävän ensisijaisen käyttöfluidin ja toissijaisen käyttöfluidin välillä voi käsittää minkä tahansa lämmönlähteen tai lisälämmönlähteen käyttämisen lämpöenergian aikaansaamiseksi toissijaiselle käyttöfluidille. Lisälämmönlähde voi olla sellainen, että se ei liity menetelmään ja järjestelyyn ottotilan aikana, jossa lämpöenergiaa — otetaan talteen maareiästä 2. Menetelmä voi siten käsittää rakennuksen 50 ilmanvaihtojärjestelmän hukkalämmön hyödyntämisen, teollisuuslaitoksen, voimalaitoksen tai tehtaan lämpöenergian tai datapalvelinlaitoksen tai kaupunkilämpölähteen ylimääräisen lämpöenergian toissijaisen käyttöfluidin lämmittämiseen. Vaihtoehtoisesti menetelmä voi käsittää lämpöenergian — tuottamisen — käyttämällä — tuulivoimaa, vesivoimaa tai aurinkoenergiaa sekundaarisen käyttöfluidin lämmittämiseen.Arranging the heat exchange between the primary working fluid and the secondary working fluid circulating in the geothermal heat exchanger can comprise using any heat source or additional heat source to provide thermal energy to the secondary working fluid. The additional heat source can be such that it is not related to the method and the arrangement during the intake mode, where heat energy — is recovered from the ground hole 2. The method can thus comprise the utilization of the waste heat of the ventilation system of the building 50, the heat energy of an industrial plant, power plant or factory, or the excess heat energy of a data server facility or a city heat source for heating the secondary operating fluid. Alternatively, the method may comprise thermal energy — producing — using — wind power, hydropower or solar energy to heat the secondary operating fluid.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä esimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä suojavaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention is not limited only to the examples presented above, but many modifications are possible while remaining within the framework of the inventive idea defined by the protection requirements.

OF OF O

N ©N ©

G 00G 00

O

I a aI a a

K 0K 0

O +O +

OF OF O

N >N >

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

1. A geothermal heat arrangement, comprising: - a ground hole (2) adapted to the soil, which extends from the ground surface (1) to the soil; - a pipe arrangement (10, 11, 20, 21) comprising a riser pipe (10, 11) with a lower end (17) and fitted to a ground hole (2) and a downpipe (20, 21) with a lower end (13, 4) when arranged in the ground hole (2), the lower end (17) of the riser (10, 11) and the lower end of the downpipe (20, 21) are arranged in fluid communication with each other in order to circulate the primary operating fluid in the ground hole (2) the riser (10, 11) and the downpipe (20, 21) along, and the riser (10, 11) is arranged inside the downpipe (20, 21) in the ground hole (2); - the riser (10, 11) is equipped with a first heat insulator (25), which surrounds the riser (10, 11) for at least part of the length of the riser (10, 11); - a first pump (8) connected to the pipe arrangement (10, 11, 20, 21) and arranged to circulate the primary working fluid in the riser (10, 11) and the faller (20, 21); and - heat exchange connection (30) in connection with the pipe arrangement (10, 11, 20, 21) for secondary heat exchange with the primary operating fluid, characterized in that - the depth of the ground hole (2) is at least 300 m; and - the first pump (8) is arranged to circulate the primary operating fluid towards the lower end (4) of the ground hole (2) in the riser pipe (10, 11) and towards the ground surface (1) in the downpipe (20, 21) to transfer thermal energy to the lower end (4) of the ground hole (2) and to release thermal energy from the primary «N 25 — working fluid to the soil at the lower end of the ground hole (2).

S b 2. Geothermal thermal arrangement according to protection requirement 1, <Q known that: S - riser (10, 11) is a vacuum pipe comprising a vacuum layer that E 30 — surrounds the flow channel of the riser (10, 11), the vacuum layer is arranged N to form the first thermal insulation (25); or SE - the riser (10, 11) comprises a layer of insulation material on the outer surface of the riser S (10, 11), the layer of insulation material is arranged to form S the first thermal insulation (25); or > 35 - the riser (10, 11) comprises a layer of insulation material on the inner surface of the riser (10, 11), the layer of insulation material is arranged to form the first thermal insulation (25).

3. Geothermal thermal arrangement according to protection requirement 1 or 2, characterized in that: - the first thermal insulation (25) extends along the riser pipe (10, 11) from the ground surface (1) towards the lower end (4) of the ground hole (2) and at least 50% of the ground hole (2) of the depth (D) or at least 2/3 of the depth (D) of the ground hole (2); or - the first thermal insulation (25) extends from the predetermined distance (E) from the lower end (4) of the ground hole (2) upwards along the riser pipe (10, 11), — the predetermined distance (E) from the lower end (4) of the ground hole (2) is at least 10% of the depth of the ground hole (D) or at least 20% of the depth (D) of the ground hole (2); or - the first thermal insulation (25) extends along the riser pipe (10, 11) between the ground surface (1) and the lower end (4) of the ground hole (2) and at a predetermined distance (E) from the lower end (4) of the ground hole (2) along the riser pipe (10, 11) ) towards — the ground surface (1) along the riser pipe (10, 11) and at a predetermined distance from the ground surface (1) towards the lower end (4) of the ground hole (2).

4. Some — in accordance with protection requirement 1-3 = geothermal thermal arrangement, characterized by the fact that: - the thermal conductivity of the first thermal insulation (25) is uniform in the direction along the ground hole (2); or - the thermal conductivity of the first thermal insulation (25) decreases in the direction towards the lower end (4) of the ground hole (2); or - the thickness of the first thermal insulation (25) decreases in the direction towards the lower end (4) of the ground hole (2) so that the thermal conductivity N of the first thermal insulation (25) decreases in the direction towards the lower end (4) of the ground hole (2); or N - the first thermal insulation (25) comprises at least two different 3 thermal insulation materials fitted to the riser (10, 11) so that the thermal conductivity of the first 2 thermal insulation (25) decreases in the direction towards the ground hole (2) E 30 — lower end (4). 15 5. Any — according to protection requirement 1-4 = geothermal S thermal arrangement, characterized in that: S - the first pump (8) is a reversible pump arranged > 35 — to pump the primary working fluid in the direction towards the lower end (4) of the ground hole (2) in the riser (10, 11) and upwards towards the ground (1) in the downpipe (20, 21),

or towards the lower end (4) of the ground hole (2) in the downpipe (20, 21) and upwards towards the ground surface (1) in the riser pipe (10, 11), and that the geothermal heat arrangement comprises a control unit (60) connected to the first pump (8) and arranged to control the direction of operation of the first reversible pump (8); or - the geothermal heat arrangement comprises a second pump (9) arranged to pump the primary operating fluid in the direction towards the lower end (4) of the ground hole (2) in the downpipe (20, 21) and upwards towards the ground surface (1) in the riser pipe (10, 11), and that the geothermal the thermal arrangement comprises — a control unit (60) connected to the first pump (8) and the second pump (9) and arranged to control the operation of the first pump (8) and the second pump (9) to set the direction of operation of the primary operating fluid.

6. A geothermal heat arrangement according to claim 5, characterized in that: - the control unit (60) is connected to the heat exchange connection (30) and arranged to use the first pump (8) or the first and second pumps (8,9) in response to the operating state of the heat exchange connection (30); or - the geothermal heat arrangement comprises a timer (73) which is connected to — a control unit (60) and the control unit (60) is arranged to control the first pump (8) or the first and second pumps (8, 9) in response to the timer input from the timer (73), or - the geothermal heat arrangement comprises at least one temperature sensor (71, 75, 77) which is connected to the control unit (60) and the control unit (60) is — arranged to use the first pump (8) or the first and second | pump (8, 9) in response to the temperature sensor (71, 75, 77) ! for temperature input; or 3 - the control unit (60) is connected via a data transmission connection (100) to an external 2 data service (102) and the control unit (60) is arranged to control the first E 30 — pump (8) or the first and second pumps (8, 9) in response to data input > from the external data service (102). 3 I

7. Some — in accordance with protection requirements 1-6 = geothermal S heat arrangement, characterized by the fact that: > 35 - the riser (10, 11) is arranged inside the downpipe (20, 21) in the ground hole (2), and that the riser (10, 11) extends an extension distance (M) from the lower end (13) of the downpipe (20, 21) towards the lower end (4) of the ground hole (2); or - the ground hole (2) forms at least part of the downpipe (20, 21) and the riser is arranged inside the ground hole (2, 20, 21); or - the downpipe (20, 21) extends from the ground surface (1) to the ground hole (2) to a free — distance (P) from the bottom end (4) of the ground hole (2) so that the ground hole (2) forms a downpipe along the free distance (P) of the ground hole (2) from the lower end; or - the ground hole (2) forms a downpipe (20, 21) and the riser is arranged inside the ground hole (2, 20, 21).

8. Some — according to protection requirement 1-7 = geothermal heat arrangement, known from the fact that the depth of the ground hole (2) is at least 500 m, or 300 to 3000 m.

OF

O

N ©

G 00

O

I&T

K 0

O +

OF

O

N >