Funkční princip výměníky s fázovou změnou

Řez půdou sondy pro změnu fáze
Obr.: Řez půdou sondy pro změnu fáze
Princip fungování výměníku s fázovou změnou
Obr.: Princip fungování výměníku s fázovou změnou
Tyto výměníky představují inovativní technologii pro získávání geotermální energie v uzavřených systémech. Výměník sestává ze svislého potrubí, které zpravidla dosahuje hloubek mezi 60 a 200 m. Používány jsou hladké nebo strukturované trubky, vyrobené z ušlechtilé oceli, potahované oceli, případně z mědi nebo PE [1].

Uvnitř výměníku cirkuluje chladivo s nízkým bodem varu, jako například propan nebo oxid uhličitý. V hlavici sondy, v úrovni zemského povrchu, je toto chladivo vstřikováno jako kapalné ve formě filmu, který gravitací stéká dolů. Žádoucí je dosáhnout pokud možno rovnoměrného rozložení tohoto filmu po celého povrchu potrubí.

Se stoupající hloubkou ve směru k jímce stoupá teplota stěny potrubí, v důsledku toho se chladivo odpařuje. Tím odebírá zemskému masivu teplo. Rozdílem hustot dochází rovněž vlivem gravitace ke stoupání vznikajícího plynu uvnitř potrubí a tím tedy filmu tekutiny směrem nahoru. Dochází tak k naprosto přirozené cirkulaci bez nutnosti použití čerpadel. V připojeném tepelném výměníku v oblasti hlavice sondy může chladivo kondenzovat. Takto uvolněné teplo je přenášeno na další okruh, který napájí tepelné čerpadlo.

Je-li chladivo, které se v sondě nachází, odváděno bezprostředně a bez výměníku tepla do tepelného čerpadla, hovoříme o výměníku s přímým odpařováním. Přitom zde nedochází k žádným teplotním ztrátám v důsledku přenosu, které by vznikly při průchodu tepelným výměníkem. Nicméně zde neexistuje možnost využití rozdílných chladiv. Použití výměníku s fázovou změnou však oproti solankovým výměníkům neumožňuje chlazení [1].

Výhody

Tento automatický proces nevyžaduje vnější energii k oběhu teplonosného média uvnitř sondy fázové změny. Úroveň teploty podlahy může být použita přímo bez další energie. Jednou aplikací by bylo zamezení ledu z povrchů nebo místností.