同轴地热换热器和用于将这种地热换热器安装在地下的方法技术

本发明专利技术描述了一种同轴地热换热器，所述同轴地热换热器优选具有：套管和设有热绝缘的外罩的中央的芯管(11)，所述套管对从芯管(11)径向向外延伸的环形间隙(15)限界，其中芯管(11)和环形间隙(15)构成为用于有流动能力的载热介质的穿流。套管由软管状的、可膨胀的包套(14)形成，所述包套在换热器的安装状态下直接邻接于地热换热器孔(1)的壁部(2)。本发明专利技术也描述了一种用于将同轴地热换热器(10)引入到地热换热器孔(1)中的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据设备权利要求1的前序部分所述的同轴地热换热器。此外，本专利技术也涉及一种根据独立方法权利要求的前序部分所述的用于将根据本专利技术的同轴地热换热器安装在地下的方法。
技术介绍
化石能源载体的可预见的枯竭和降低空气污染物和CO2排放的必要性在热量生产中导致重新考虑并且使替选的可再生能源、尤其是无污染物的应用获得更大的认同。热量生产的尤其吸引人的形式在于使用地热。地热或者地热能是地表之下的以热量形式存储的能量。土层即使在地表下大约10至20m 土层也具有整年近似恒定的温度，所述温度随着深度渐增而提高。土层的自然的温度梯度为大约0.03K/m深度。该温度由出自地球内部的热流来确定。热量获取通常借助于地热换热器来进行，所述地热换热器安装到通常50m至350m深的竖直的、紧密回填的孔中。地热换热器承担下述任务:将存在于土层中的敏感的热能传输给在换热器中循环的载热介质，所述载热介质将来自于土层的热能运输到表面上。在那里，热能通常被传输给第二载热介质，所述第二载热介质在热泵中循环。 常规的地热换热器通常构成为U形管换热器，在所述U形管换热器中载热介质在一个管分枝中从表面流动至地热换热器孔的底部，即从上向下流动。在另外的管分枝中，循环的被加热的载热介质从钻孔底部流动至表面，即从下向上流动。在上升时，载热介质总是将积累的热能的一部分输出给在相邻的管分枝中向下循环的载热介质并且输出给周围的较冷的土层。由于该不期望的热量输出，U形管换热器的能量效率相对差。为了改进效率，因此通常使用同轴地热换热器。载热介质在同轴地热换热器中在外部的环形间隙中从表面流动至钻孔底部，其中所述载热介质在吸收存在于土层中的敏感的热能并且穿过中央的芯管再次向上流动到表面上。如果在这种同轴地热换热器中将中央的芯管隔热，那么相对于U形管换热器能够显著提高能量效率。 当相对于其他已知类型的地热换热器具有隔热的芯管的同轴地热换热器在可利用的热流的质量方面具有大的能量方面的优点时，可惜所述同轴地热换热器也具有载热介质的压降大的缺点。该缺点如下引起:地热换热器孔的可用的横截面的大部分由于中央的芯管的隔热部的横截面积、同轴的地热换热器的套管的相对大的壁厚度和尤其是在安装换热器之后在换热器的套管和周围土层之间注入的、例如为由膨润土和水泥构成的混合物的填充层而损失。用于运输载热介质的净横截面积由此大大减小。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是:实现一种同轴地热换热器，所述同轴地热换热器对于循环的载热介质具有较小的压降并且允许周围土层的热能更高地被吸收到载热介质中。也应实现一种用于在土层中安装根据本专利技术的同轴地热换热器的方法，所述方法可尽可能简单且成本适宜地执行并且重视环境和水源保护。 该目的的解决方案在于一种同轴地热换热器，所述同轴地热换热器具有中央的芯管和套管，所述套管对从芯管径向向外延伸的环形间隙限界，其中芯管和环形间隙构成为用于有流动能力的载热介质的穿流。根据本专利技术，同轴地热换热器的套管在换热器的安装状态下直接邻接于地热换热器孔的壁部。 本专利技术的基本理念在于:如下改型同轴地热换热器，使得在换热器的安装状态下能够放弃对地热换热器孔的壁部和同轴地热换热器的套筒之间的环形间隙的回填。同轴地热换热器构成为使得其直接邻接于孔壁部。由此显著增大了同轴地热换热器的对于运输载热介质所提供的流动横截面。包含在周围土层中的热能直接地通过同轴地热换热器的套管被传输给载热介质。由此避免了因回填的材料、通常为膨润土水泥混合物引起的损失。套管通过在中央的芯管中并且在环形间隙中的循环的载热介质压挤热换热器孔的壁部，以便防止必要时穿孔的水层液压地彼此连接。 本专利技术的一个实施方案变形形式提出:芯管和环形间隙构成为用于作为载热介质的水的穿流。水用作为载热介质在环境和水源保护方面显示出附加的安全性，因为即使在泄漏的情况下也不会造成污染。这甚至允许在至今为止出于地下水保护的原因而作为禁区的领域中使用根据本专利技术的同轴地热换热器。 本专利技术的一个有利的实施方案变形形式提出:同轴地热换热器的套管由可通过提高内压膨胀的、软管状的包套形成。软管状的包套的可膨胀性和弹性允许该包套理想地匹配于地热换热器孔的壁部，以便由此实现对于热量传输而言尽可能好的接触，并且此外可靠地密封可能穿孔的地下水位。 为了便于将同轴地热换热器安装在地热换热器孔中，所述地热换热器孔例如大致为450m并且能够达到直至1500m的深度，本专利技术的另一个实施方案变形形式提出:软管状的包套在折叠状态下包围芯管并且在引入到地热换热器孔中之后可通过以超压输送的有流动能力的流体膨胀为稳定的最终形状。在此，膨胀的包套附加地满足稳定孔的“支架(stent) ”的功能。 通过在本专利技术的另一个实施方案变形形式中软管状的包套具有展开的、与对于其提供地热换热器的孔的直径相比更大的直径的方式实现:形成同轴地热换热器的套管的已安装的并且已展开的或者已膨胀的包套在完全填充的状态下相对于内部仍具有轻微的折痕，所述折痕以不规则的形式产生。该折痕引起对软管壁的附加的加固。相反，同时出现的环形间隙的体积缩小仅是小的并且在运行时实际上对于载热介质的流动阻力没有影响。 也能够提出:同轴地热换热器的软管状的包套在超过相对于载热介质、尤其是相对于水的最大相对超压的情况下至少局部受限地是可透过的。由此防止了包套在膨胀时折断为裂隙或腔，所述裂隙或腔在制造地热换热器孔时偶尔会因更大的材料爆胀而产生。较小的腔通过穿过外部的套被压出的水填充。在空的裂隙或较大的腔中，包套的相对于水的由超压引起的可穿透性用于使该包套仅膨胀到直至其可靠地密封性地贴靠孔壁部。在此，包套仅受限地扩展到裂隙或腔中；由此防止了材料的过度延展。包套的材料在此构成为，使得必须达到的、直至水穿过包套时的最大相对超压为大约2bar至3bar。包套的相对于水的受限的可穿透性在此适当地被限制到下述区域上:所述区域在地热换热器的安装状态下位于坚固的土层中、尤其是位于多岩石的地下中。邻接于松散土层的表面附近的区域适当地构成为是不可透过水的。因为在制造地热换热器孔时可极其精确地确定松散土层和多岩石的地下之间的边界，所以地热换热器能够精确地匹配于局部条件。 在同轴地热换热器的另一个实施变型形式中，中央的芯管和外部的软管状的包套整体地彼此连接并且它们作为连续的卷料而存在。为了引入到所制造的地热换热器孔中，同轴地热换热器可以期望的长度从滚筒卷开。在施工地点处，仅须将芯管和优选折叠的包套的所提供的整体的设置引入到地热换热器孔中。为此，同轴地热换热器简单地以期望的长度从滚筒展开。如果设置在滚筒上的长度不足够，那么在引入到地热换热器孔中之前或期间所需要的地热换热器的附加的长度能够从另一个滚筒展开并且在端部位置处紧密地与第一部段的端部连接，以便得到所需要的长度。 替选地，也能够提供一种同轴地热换热器，其中中央的芯管和整体地与其连接的软管状的包套以定长截断的部段存在。定长截断的部段在引入到地热换热器孔中时可以液体密封的方式彼此连接。该变型形式尤其应用在不那么柔软或刚性的换热器管中。 在同轴地热换热器的另一个实施变型形式中，中央的芯管和可膨胀的软管状的包套彼此分开地存在。在此，包套由平的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同轴地热换热器，所述同轴地热换热器具有中央的芯管(11)和套管，所述套管对从所述芯管向外延伸的环形间隙(15)限界，其中所述芯管(11)和所述环形间隙(15)构成用于有流动能力的载热介质的穿流，其特征在于，所述套管在换热器(10)的安装状态下直接邻接于地热换热器孔(1)的壁部(2)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.14 CH 681/121.一种同轴地热换热器，所述同轴地热换热器具有中央的芯管(11)和套管，所述套管对从所述芯管向外延伸的环形间隙(15)限界，其中所述芯管(11)和所述环形间隙(15)构成用于有流动能力的载热介质的穿流， 其特征在于，所述套管在换热器(10)的安装状态下直接邻接于地热换热器孔(I)的壁部⑵。2.根据权利要求1所述的同轴地热换热器，其特征在于，所述套管由能通过提高内压膨胀的、软管状的包套(14)形成。3.根据权利要求2所述的同轴地热换热器，其特征在于，软管状的所述包套(14)在折叠状态下围绕所述芯管(11)并且在引入到所述地热换热器孔(I)中之后能够通过以超压输送的有流动能力的介质进入稳定的最终形状。4.根据权利要求3所述的同轴地热换热器，其特征在于，软管状的所述包套(14)具有展开的直径，所述直径大于所述地热换热器孔(I)的直径，所述地热换热器(10)针对所述地热换热器孔来设置。5.根据上述权利要求中的任一项所述的同轴地热换热器，其特征在于，所述芯管(11)和所述环形间隙(15)构成为用于作为载热介质的水的穿流。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的同轴地热换热器，其特征在于，软管状的所述包套(14)在超过相对于所述载热介质、尤其是相对于水的最大相对超压时至少局部受限地是可透过的。7.根据权利要求6所述的同轴地热换热器，其特征在于，所述最大相对超压为大约2bar 至 3bar。8.根据权利要求6或7所述的同轴地热换热器，其特征在于，软管状的所述包套的在安装状态下邻接于松散土层的表面附近的区域构成为是不透水的。9.根据权利要求3至8中的任一项所述的同轴地热换热器，其特征在于，中央的所述芯管(11)和能膨胀的所述包套(14)整体地彼此连接并且作为连续的卷料存在，并且为了引入到所述地热换热器孔(I)中能够以期望的长度从滚筒展开。10.根据权利要求3至8中的任一项所述的同轴地热换热器，其特征在于，中央的所述芯管(11)和整体地与其连接的能膨胀的所述包套(14)以定长截断的部段存在并且所述部段在引入到所述地热换热器孔(I)中时能够以液体密封的方式彼此连接。11.根据权利要求3至8中的任一项所述的同轴地热换热器，其特征在于，中央的所述芯管(11)和能膨胀的所述包套(14)彼此分开地存在，其中能膨胀的所述包套(14)由平的连续的卷料形成并且在引入中央的所述芯管(11)的情况下才能够与所述芯管聚拢，其中所述包套(14)的纵向棱边能够以液体密封的方式彼此连接。12.根据权利要求10或11所述的同轴地热换...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·布勒德，
申请(专利权)人：布罗德股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH