[发明专利]用于地热热泵的地热探针

说明书

本发明涉及一种用于从钻孔中获取地热的地热探针。

通过从开放的导水管(Wasserleitern)中输送热水或者通过沿着钻孔来冷却土壤来从钻孔中获取地热。借助不同的地热探针来冷却土壤。为了从土壤中提取热量，能够应用可蒸发的冷却介质，该冷却介质通过蒸发来获取能量。这种直接蒸发探针应用越来越广泛。其相对于盐水探针(Solesonden)来说具有明显提高的效率，并且在专业领域里被看作未来技术。例如存在基于以丙烷(R290)、丁烷、氨(R717)或二氧化碳(R744)的系统，其中丙烷是优选的。在直接用于加热和冷却的、大多数情况下作为热泵加热的地表附近的地热与用于在热量市场中直接使用或者也间接用于发电的深地热之间是有区别的。具有直接蒸发器(Direktverdampfer)的深地热探针也被称为热管。

在文献DE 42 11 576 A1和文献DE 298 24 676 U1中描述了热管的结构，其中热管的加热区进而液态的冷却介质的蒸发装置都位于管的下方部位中。蒸气通过液态冷却介质的沸腾来产生；然后，所述蒸汽继续在管中往上传导并在上方通过冷凝作用将它的热量散发出去。这通过直接的或者通过热泵帮助的应用来实现。

在文献WO 01/04550中，冷却介质经由通道传导到探针中，并通过第二通道朝上引导。借助必须高成本制造的、螺旋状的轨道来努力实现膜蒸发。借助那里所描述的实施方式，冷却介质不能在整个钻孔长度上进而不能在探针长度上实现蒸发，从而不能实现完整的热量提取。

在实用新型DE 20 2004 018 559 U1中描述了一种用于从钻孔中获取地热的热量生成器，其中冷凝液配电器装在探针管中。尽管同样应实现全方位的润湿，但不能实现膜蒸发。

最后在文献DE 10 2007 005 270 A1中描述了一种包含冷凝液配电器的地热探针，所述冷凝液配电器具有径向地和/或切线地相对于探针管隔板布置的冷凝液传导装置。以这种方式应该可产生径向分布的冷凝液膜。

在文献EP 1 450 142 A2中描述了一种换热管，其由包含填充材料的聚合材料构成。所述管用于输送作为载热介质的空气。

最后由文献WO 2008/113569已知一种用于地热探针的管结构，其中该管具有至少一个由聚合物模塑物料(Polymerformmasse)构成的层，该层包含提高机械耐用性的填充材料或加强材料。因此，在安装和接下来裂纹增大时应该可以避免外表面的损坏。设置该管结构得用于输送液态的载热介质。

本发明的目的在于，在地热探针中以简单的措施产生完整的降膜(Fallfilm)，从而均匀地润湿所述探针管的整个内表面。

此目的通过设计为直接蒸发探针的地热探针得以实现，所述地热探针用于从钻孔中获取地热，其中探针管的内表面具有以下粗糙度特征值：

a)算术平均粗糙值Ra根据DIN EN ISO 4287在1μm至15μm的范围内、优选在2μm至12μm的范围内、尤其优选在3μm至7μm的范围内；

b)平均粗糙度Rz根据DIN EN ISO 4287在8μm至80μm的范围内、优选在10μm至60μm的范围内、尤其优选在15μm至40μm的范围内；以及

c)最大粗糙度Rz1max根据DIN EN ISO 4287在10μm至500μm的范围内，优选在15μm至150μm的范围内，尤其优选在25μm至65μm的范围内。

按DIN EN ISO 4288以描刻方法(Tastschnittverfahren)来实施粗糙度测量。在借助机械的描刻器进行粗糙度测量时，由金钢石制成的探头以恒定的速度在样品的表面上移动。从探头的垂直位移中得出测量曲线，该位移通常由感应的行程测量系统测出。为了以测量技术描述表面，从测量曲线中获取标准化的粗糙度特性参数。

Ra是从所有曲线数值的总和中得出的算术平均粗糙值。

Rz是从五个单个测量区段中得出的五个粗糙度的平均值。

Rz1max是从五个单个测量区段中得出的最大的粗糙度。

地热探针由探针管构成，所述探针管通过例如是膨润土(Bentonit)的回填建筑材料与土壤相连。冷却介质冷凝液的蒸发是在探针管的内表面上进行的。在此，在管的中心朝上输送产生的蒸气。

探针管的内径通常在15mm至80mm的范围内、优选在20mm至55mm的范围内、尤其优选在26mm至32mm的范围内。

探针长度通常为60m至200m，其中在个别情况下也可以更长或更短。优选所述探针长80m至120m。