[发明专利]具有混合元件的地热探头

说明书

本发明涉及一种地热探头(10)，其用于地热探头(10)周围的地面与传热流体之间的热交换，其中地热探头(10)被设置在工作状态。地热探头(10)包括具有流入管内表面(16)的流入管(12)和具有流出管外表面(19)的流出管(18)，其特征在于，在流入管内表面(16)与流出管外表面(19)之间形成了环形空间(15)，层流的传热流体进入该环形空间(15)。环形空间(15)中设置有至少两个彼此间隔的混合元件(20)。混合元件(20)使得传热流体在层流与混合之间反复更替。

技术领域

本发明涉及一种地热探头，在某些情况中也被称为土地探头，其用于传热流体与地热探头周围的地面之间的热交换，其中地热探头被设置为工作状态。在此，本发明涉及一种大型同轴地热探头，其中流出管设置在流入管内。

背景技术

地热探头可以构造为同轴的或者U型的。U型地热探头包括流入管，该流入管向下通往地面里，并且在下游端在连接区与流出管流体连接。因此，传热流体，也被称为传热液体，从流入管向下流动，在连接区汇入流出管，并且又沿着流出管向上流动。在同轴地热探头中，流入管为探头外管，而流出管为设置在探头外管内的探头内管。在探头内管之外、探头外管之内存在环形空间，也被称为传热空间，其形成了传热区。在这种情况中，探头外管相对于探头内管被设置为同轴的。同轴地热探头的连接区由探头内管的开口形成，以使得在这种情况中，位于探头外管或环形空间中的传热流体能够流进探头内管。

在穿过地热探头的时候，传热流体与地面之间发生热传递。热传递实质上是通过对流发生的。热量在哪里发出或吸收取决于地热探头是用于制冷过程还是加热过程。有鉴于此，一般的地热探头被设置为深达地下100米，在个别情况中，甚至实现了更大的深度。

传热流体在入口处被引导至地热探头中。

当传热流体在入口处被引导至地热探头时，传热流体通常由增压推动以两次穿过地热探头的整个长度，一次是沿流入方向向下流过流入管，另一次是沿着与流入方向相反的方向向上流过流出管。单位时间流经地热探头的传热流体的量被称为体积流速。在地热探头的下游端，传热流体再次向上穿过探头内部/外管，并且能够通过排水管移除。探头内管也可以被连接至入口，而探头外管被连接至排水管。

流入与流出地热探头的传热流体之间的温度差在下文中被称为温度梯度。热流或热输出，简言之热量，是从作为热源的地面提取的。

在地热探头小于100米长或100米深的情况中，导入的传热流体和排出的传热流体之间的温度梯度一般的量值为几度。常见地，导入值介于-2℃至1℃之间，排出值介于2℃至5℃之间。温度梯度相对较低，并且从地热探头离开的传热流体的温度尚未符合所需的热量要求，例如加热住宅房间所需的热量。然而，在热泵的辅助下，热输出可以变得有利用价值，其中热泵的效率表示了传热流体提供的热输出是如何有效地被转化为加热所需的热量。在热泵中，所提供的热输出在低温水平被利用，从而在蒸发器中蒸发位于第二流体循环中的热介质。在这一情况中，蒸发器是这样的组件，在其中从地热探头提取的热量被供给处于低温水平的热泵。有鉴于此，从地热探头排出的传热液体流过热交换器，将其热量传递给第二流体循环。在此之后，热介质被提供给泵，该泵压缩当前为气态的热介质，由此使其处于更高的压力水平。在这一过程中，气态的热介质升温，并且这些热量可以被用于加热住宅房间。当将其热量传递给住宅房间后，热介质冷却下来并且凝结。不用说，压力再次扩展到较低的压力水平。这时，再次将其提供至热泵的蒸发器中，从而提供热泵循环。然而，也存在其他类型的热泵，其并不是如上所述那样运行。这对于本领域技术人员来说是众所周知的。当热介质本身在地热探头中循环时，可以省略地热探头中的传热流体。本发明并不限于具有两个单独的循环的地热热循环。