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WO2003078905A1 - Erdsondenrohr - Google Patents

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WO2003078905A1
WO2003078905A1 PCT/EP2003/001592 EP0301592W WO03078905A1 WO 2003078905 A1 WO2003078905 A1 WO 2003078905A1 EP 0301592 W EP0301592 W EP 0301592W WO 03078905 A1 WO03078905 A1 WO 03078905A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tube
geothermal
tube according
probe
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2003/001592
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Liebel
Ludwig Heinloth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rehau Automotive SE and Co KG
Original Assignee
Rehau AG and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rehau AG and Co filed Critical Rehau AG and Co
Priority to AU2003214062A priority Critical patent/AU2003214062A1/en
Publication of WO2003078905A1 publication Critical patent/WO2003078905A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/062—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the invention relates to a geothermal tube for heat transfer in the ground, consisting of pipes for the transport of a heat transfer medium, with at least one pipe section for the flow and a pipe section running approximately parallel to the return, the pipe sections being connected to one another.
  • heating systems with heat pumps have increasingly come into competition with heating systems operated with fossil fuels.
  • the increasing use of renewable energies can counteract the problems of fossil energy supply.
  • the utilization of renewable energy sources requires the use of heat pumps of different designs.
  • the principle of heat pumps is that heat is absorbed from the environment and transformed to a higher temperature level.
  • the efficiency or the coefficient of performance of a heat pump depends crucially on the temperature difference between the heat source and the heat sink. Since the temperature of the heat sink is usually predetermined, the quality of the heat source determines the possible uses and the cost-effectiveness of the heat pump.
  • the heat exchangers of an evaporator are laid directly in the ground and the refrigerant of the heat pump circuit flows through them.
  • the energy is transported from the floor to the heat pump evaporator via a heat transfer medium that flows in pipes laid in the ground. These pipes are thermodynamically coupled to the evaporator of the heat pump, so that the amount of heat required to evaporate the refrigerant can be extracted from the heat transfer medium.
  • geothermal collectors geothermal probes for heat exchangers.
  • the earth collectors are laid over a large area in the soil at a comparatively shallow depth.
  • Geothermal probes are installed vertically or diagonally in the ground and therefore require a much smaller footprint than ground collectors.
  • Such geothermal probes are described for example in DE 42 11 576 A1.
  • the geothermal probe is filled with a refrigerant as a heat carrier, which is evaporated in the lower part due to the geothermal energy.
  • the refrigerant vapor rises and condenses in the upper, cold part of the probe.
  • the heat of condensation released is used to evaporate the refrigerant in the heat pump circuit.
  • the condensed refrigerant of the probe then flows back into the lower part and is evaporated there again, the internal circuit of the geothermal probe is thus closed.
  • Another geothermal tube is known from DE 296 13 450 U1.
  • This known plastic earth probe with plastic pipes a pair of which is connected via a bend, which is made in two workpieces from the solid, which are welded to a block, in which the ends of the pipes are welded, is characterized in that Block has a manifold, which is divided longitudinally in both workpieces on the mirror side, recessed in both workpieces to form an arc and the subsequent legs and joined by the mirror welding, the pipe ends welded into the manifold legs and the manifold arc connecting them into one Should form a substantially unrestricted flow path.
  • this geothermal probe tube is very time-consuming and costly to produce and, due to the joining method used, has further disadvantages.
  • the welding of the pipes to the block with the elbow creates problems at the welding points on the one hand, problems with the later unrestricted transfer of the heat transfer medium and, on the other hand, with regard to strength, both when inserting the geothermal probe pipe into the borehole and in continuous operation.
  • the welds have a changed structure of the welded material and are to be rated as potential predetermined breaking points, particularly in the case of butt welding.
  • welded joints of this type pose a risk in themselves, since defective welds occur again and again due to material defects, machine malfunctions and also human inadequacies.
  • Such welding defects are not recognized during the pressure tests carried out before the earth probe tube is inserted into the earth bore and in many cases, particularly under continuous loads, lead to failure of the earth probe tubes.
  • Such leaks often only occur after several weeks or months of operation and can be found on defective welds between the geothermal tube and, for example, the known block with incorporated elbows, but also in butt-welded geothermal tubes.
  • geothermal probe tubes are known in which the tube section for the flow and the tube section for the return are connected to one another by means of molded parts, for example weld fittings. These molded parts are connected to the pipe sections, for example, by butt welding.
  • Welding fittings are also known which have heat sources, such as wires, in their walls.
  • the pipe sections for the flow and return are plugged into these weld fittings and by applying a current to the heat sources, the walls of the pipe sections and the weld fittings are heated to such an extent that they weld.
  • connection point between the pipe section for the flow and the pipe section for the return, at which, for example, the known weld fittings are positioned, is generally referred to as the head of the geothermal probe pipe.
  • This head of the geothermal probe tube must be inserted into the ground in an approx. 50 m deep borehole without the geothermal probe tube showing any leaks at this sensitive and difficult to access location.
  • the pipe section for the flow and the pipe section for the return are connected to one another in one piece via an approximately U-shaped pipe section formed from the pipe.
  • the head of the geothermal tube according to the invention has no risky pipe connection points.
  • an at least partially crosslinked polymeric material for the geothermal probe tubes according to the invention leads to further advantages, since due to the crosslinking, for example, the geothermal probe tubes according to the invention are not susceptible to external damage in comparison to uncrosslinked polymeric materials and, in contrast to this, at least up to a continuous operating temperature of 80 ° C do not have any propagation of cracks, so that any damage that may occur when the geothermal tubes according to the invention are introduced into the borehole do not lead to any leaks.
  • Tubes made of at least partially cross-linked polyethylene are particularly suitable for the industrial production of such geothermal tubes according to the invention, since even after heating above the crystal melting point they still have sufficient dimensional stability for the bending process.
  • geothermal probe tube according to the invention Another advantage of the geothermal probe tube according to the invention is that the use of an at least partially crosslinked polymeric material such as polyethylene makes the manufacture, in particular of the head of the geothermal probe tube according to the invention, very simple and inexpensive, and that the geothermal probe tube according to the invention has very small radii of the U-shape Pipe section are realizable.
  • the possible crease-free manufacture of the head of the earth probe tube according to the invention allows the diameter of the required earth hole to be reduced, which leads to a cost and time advantage when assembling the earth probe tube according to the invention.
  • a particularly advantageous embodiment of the geothermal pipes according to the invention has a radius of the U-shaped pipe - Cut on, which corresponds to approximately twice the pipe outer diameter.
  • the geothermal probe tube according to the invention is designed in such a way that it has a metallic layer which is and / or the outside is applied or introduced into the tube wall.
  • An additional diffusion barrier is integrated by means of the additional metallic layer, which can be, for example, a foil made of aluminum, and at the same time better heat conduction can be achieved, since this metallic layer has good conductivity.
  • the metallic layer brings about an even better dimensional stability of the earth probe tube according to the invention, in particular in the region of the U-shaped tube section.
  • the geothermal tube according to the invention has reinforcing elements. These reinforcing elements are applied to the inside and / or outside of the tube or are introduced into the tube wall. They bring about an improvement in the mechanical and chemical properties of the material.
  • the reinforcing elements can, for example, be fibers, wires or laminates.
  • geothermal tube according to the invention has webs on its outside.
  • these webs can be dimensioned in terms of their wall thickness and height such that both the mechanical properties and an increase in the surface of the geothermal tube can be achieved.
  • the webs pointing away from the outside of the geothermal tube can be designed in the axial direction of the tube, so that the heat transfer between the tube and the borehole filling is improved.
  • the geothermal probe tube has radially designed webs which are formed at certain intervals uniformly or alternately over the entire length in a ring on the geothermal probe tube and also lead to an increase in the surface area and thus to an optimization of the efficiency of the geothermal tube according to the invention.
  • the geothermal probe tube according to the invention has local reinforcements in the region of the head, which reinforcements consist, for example, of a thermosetting casting compound.
  • This potting compound is dimensioned such that it covers the entire head of the geothermal probe tube (s) according to the invention and has a conical shape at its free end protruding from the head of the geothermal probe, which considerably facilitates the insertion of the geothermal probe tubes according to the invention into the borehole.
  • the casting compound used for reinforcement can be mixed with fillers and / or reinforcing materials, so that the strength, in particular when inserted into the corresponding borehole, is given at all times.
  • the reinforcement of the head of the earth probe tube according to the invention can consist of a laminated fiber-reinforced thermoset layer, which once again significantly increases the mechanical properties when the earth probe is inserted into the borehole.
  • geothermal tube according to the invention will now be described in more detail using an exemplary embodiment which does not restrict the invention. It shows:
  • Fig. 1 sectional view of a geothermal tube according to the invention
  • FIG. 1 shows a sectional view through the earth probe 1.
  • the earth probe 1 consists of the earth probe tube 2 and an earth probe tube 3 arranged approximately offset at a right angle.
  • the earth probe tube 2 has a pipe section 21 for the flow and a pipe section 22 running approximately parallel to this for the return.
  • the pipe section 21 and the pipe section 22 are connected to one another in one piece via an approximately U-shaped pipe section 23.
  • the earth probe tube 3 is arranged at an almost right angle to the earth probe tube 2, the tube section for the flow and the tube section for the return of the earth probe tube 3, which are not shown here, being integrally connected to one another.
  • the earth probe tube 3 has reinforcement elements in the form of fibers, which have already been incorporated in the manufacture of the geothermal tube 3 in the extrusion process. However, it is also within the scope of the invention to use further fibers or laminates to reinforce the geothermal tube 3.
  • the earth probe tube 3 has on its outer side radially formed webs 6, which are arranged at equal distances from one another and lead to an increase in the heat absorption area of the earth probe tube 3 according to the invention.
  • these webs 6 can also be formed in the axial direction of the geothermal probe tube 2, 3 and thus lead to an improvement in the mechanical properties of the geothermal probe tube 2, 3.
  • the earth probe 1 has a covering 7 in the area in which the pipe section 21 for the flow and the pipe section 22 for the return connect to one another in one piece via an approximately U-shaped pipe section 23 formed from the pipe.
  • This covering 7, which consists for example of a thermosetting casting compound, protects this part of the earth probe 1, which is generally also referred to as the head of the earth probe 1.
  • this sheathing 7 contributes to a permanent fixation of the earth probe tube 2 and the earth probe tube 3 of the earth probe 1 and, particularly when the earth probe 1 is inserted into a borehole, brings about better and easier handling.
  • the casing 7 has fillers and / or reinforcing materials, so that the casing 7 comprising the geothermal probe tubes 2, 3 can be adapted to the respective requirements of the soil in which the geothermal probe 1 can be inserted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Erdsondenrohr (2) zur Wärmeübertragung im Boden, bestehend aus Rohren für den Transport eines Wärmeträgermediums, mit wenigstens einem Rohrabschnitt (21) für den Vorlauf und einem zu diesem annähernd parallel verlaufenden Rohrabschnitt (22) für Rücklauf, wobei die Rohrabschnitte einstückig miteinander verbunden sind.

Description

Erdsondenrohr
Die Erfindung betrifft ein Erdsondenrohr zur Wärmeübertragung im Boden, bestehend aus Rohren für den Transport eines Wärmeträgermediums, mit wenigstens einem Rohrabschnitt für den Vorlauf und einem zu diesem annähernd parallel verlaufenden Rohrabschnitt für den Rücklauf, wobei die Rohrabschnitte mit einander in Verbindung stehen.
In jüngster Zeit treten Heizungen mit Wärmepumpen immer häufiger in Konkurrenz zu mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizanlagen. Durch diesen zunehmenden Einsatz regenerativer Energien kann den Problemen der fossilen Energieversorgung entgegengewirkt werden. Die Ausnutzung der regenerativen Energiequellen erfordert den Einsatz von Wärmepumpen unterschiedlicher Bauweisen. Das Prinzip der Wärmepumpen besteht darin, dass Wärme aus der Umgebung aufgenommen und auf ein höheres Temperaturniveau transformiert wird. Der Wirkungsgrad oder die Arbeitszahl einer Wärmepumpe hängt entscheidend von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ab. Da die Temperatur der Wärmesenke meist vorgegeben ist, bestimmt die Qualität der Wärmequelle die Einsatzmöglichkeiten und die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe.
Da die Nutzung der Luft als Wärmequelle auf Grund erheblicher Nachteile, wie bei- spielsweise große Apparatevolumina, akustische Probleme, stark schwankende Außentemperaturen und der ausgeprägten Divergenz zwischen Heizleistung der Wärmepumpe und Energiebedarf des Gebäudes noch Schwierigkeiten bereitet, sind bereits einige Anwendungen bekannt, bei denen das Erdreich auf Grund seiner Temperaturkonstanz und hohen Wärmekapazität als Wärmequelle verwendet wird. Der Entzug der Wärme aus dem Erdreich erfolgt mit Hilfe von Wärmeübertragung, wobei grundsätzlich zwei Systeme unterschieden werden.
Bei direkten Systemen werden die Wärmetauscher eines Verdampfers direkt im Erdreich verlegt und vom Kältemittel des Wärmepumpenkreislaufes durchströmt. Bei indirekten Systemen erfolgt der Energietransport vom Boden zum Verdampfer der Wärmepumpe über einen Wärmeträger, der in im Erdreich verlegten Rohren strömt. Diese Rohre sind thermodynamisch mit dem Verdampfer der Wärmepumpe gekoppelt, so dass dem Wärmeträger die zur Verdampfung des Kältemittels erfor- derliche Wärmemenge entziehbar ist.
Bei den Wärmeübertragern werden Erdkollektoren und Erdsonden unterschieden. Die Erdkollektoren werden großflächig in vergleichsweise geringer Tiefe im Erdreich verlegt. Erdwärmesonden werden vertikal oder schräg in den Boden eingebracht und erfordern daher eine wesentlich geringere Grundfläche als Erdkollektoren.
Derartige Erdwärmesonden sind beispielsweise in der DE 42 11 576 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten Lösung ist die Erdwärmesonde mit einem Kältemittel als Wärmeträger gefüllt, das im unteren Teil auf Grund der Erdwärme verdampft wird. Der Kältemitteldampf steigt auf und kondensiert im oberen, kalten Teil der Sonde. Die dabei frei werdende Kondensationswärme wird zum Verdampfen des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufes verwendet. Das kondensierte Kältemittel der Sonde fließt dann wieder in den unteren Teil und wird dort wiederum verdampft, der innere Kreislauf der Erdwärmesonde ist somit geschlossen.
Ein weiteres Erdsondenrohr ist aus der DE 296 13 450 U1 bekannt. Diese bekannte Erdsonde aus Kunststoff mit Kunststoffrohren, von denen ein Paar über einen Krümmer verbunden ist, der in zwei Werkstücken aus dem Vollen ausgearbeitet ist, die zu einem Block verschweißt sind, in denen die Enden der Rohre eingeschweißt sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Block einen Krümmer aufweist, der in beiden Werkstücken an der Spiegelseite längs geteilt, in beiden Werkstücken zu einem Bogen und den anschließenden Schenkeln ausgespart und durch die Spiegel- verschweißung gefügt ist, wobei die in den die Krümmerschenkel eingeschweißten Rohrenden und der sie verbindende Krümmerbogen einen im Wesentlichen ein- schränkungsfreien Strömungsweg bilden sollen.
Dieses Erdsondenrohr ist jedoch in seiner Herstellung sehr zeit- und kostenintensiv und weist auf Grund des verwendeten Fügeverfahrens weitere Nachteile auf. Durch die Verschweißung der Rohre mit dem den Krümmer aufweisenden Block entstehen an den Schweißstellen einerseits Probleme bei der späteren einschränkungsfreien Übertragung des Wärmeträgermediums und andererseits bezüglich der Festigkeit, sowohl bei der Einführung des Erdsondenrohres in die Erdbohrung als auch im Dauerbetrieb. Die Schweißstellen weisen eine veränderte Struktur des geschweißten Werkstoffes auf und sind insbesondere bei der Stumpfschweißung als potentielle Sollbruchstellen zu bewerten.
In der weiteren Praxis stellen derartige Schweißverbindungen an sich ein Risiko dar, da auf Grund von Materialfehlern, Maschinenstörungen und auch menschlichen Unzulänglichkeiten immer wieder mangelhafte Schweißungen auftreten. Solche Schweißfehler werden bei dem vor dem Einführen des Erdsondenrohres in die Erdbohrung durchgeführten Druckprüfungen nicht erkannt und führen in vielen Fällen, insbesondere bei Dauerbelastungen zum Versagen der Erdsondenrohre. Häufig tre- ten derartige Undichtheiten erst nach mehrwöchiger oder mehrmonatiger Betriebszeit auf und sind auf mangelhafte Verschweißungen zwischen dem Erdsondenrohr und beispielsweise dem bekannten Block mit eingearbeiteten Krümmer, aber auch bei stumpfgeschweißten Erdsondenrohren zu finden. Erfordert die Reparatur solcher Fehler bei beispielsweise verlegten Erdkollektoren im horizontalen Einbau schon erheblichen Aufwand, so bedeuten jedoch Undichtheiten bei Erdsondenrohren, die teilweise in bis zu 50 m tiefen Erdbohrungen verlegt sind, den Totalverlust dieses Erdsondenrohres und die Notwendigkeit, dieses Erdsondenrohr abzuschalten bzw. abzuschreiben und ein neues Erdsondenrohr in einer neuen Erdbohrung zu verlegen.
Weiterhin sind Erdsondenrohre bekannt, bei denen der Rohrabschnitt für den Vorlauf und der Rohrabschnitt für den Rücklauf mittels Formteilen, beispielsweise Schweiß- fittinge, miteinander verbunden sind. Die Verbindung dieser Formteile mit den Rohrabschnitten erfolgt beispielsweise über eine Stumpfschweißung.
Es sind auch weiterhin Schweißfittinge bekannt, die in ihrer Wandung Wärmequellen, wie beispielsweise Drähte, aufweisen. Die Rohrabschnitte für den Vorlauf bzw. für den Rücklauf werden in diese Schweiß- fittinge eingesteckt und durch Anlegen eines Stromes an den Wärmequellen werden die Wandungen der Rohrabschnitte und der Schweißfittinge so weit erhitzt, dass sie verschweißen.
Die Verbindungsstelle zwischen dem Rohrabschnitt für den Vorlauf und den Rohrabschnitt für den Rücklauf, an dem beispielsweise die bekannten Schweißfittinge positioniert sind, wird allgemein als Kopf des Erdsondenrohres bezeichnet. Dieser Kopf des Erdsondenrohres muss bei der Verlegung in ein ca. 50 m tiefes Bohrloch in den Erdboden eingeführt werden, ohne dass das Erdsondenrohr an dieser empfindlichen und schwer zugänglichen Stelle Undichtigkeiten aufweist.
Dies ist insbesondere dann schwierig, wenn nach dem Ziehen des Bohrkopfes aus dem 50 m tiefen Bohrloch scharfkantige Steine in das Bohrloch rutschen und dem Erdsondenrohr und insbesondere dem Kopf des Erdsondenrohres mit den durch die Verschweißung erzeugten Sollbruchstellen Kerben, Risse oder sonstige Beschädigungen zufügen.
Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Erdsondenrohr aufzuzeigen, das insbesondere am Kopf des Erdsondenrohres keine risikobehafteten Rohrverbindungsstellen aufweist, das kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar und in Erdbohrungen verlegbar ist und das eine bessere Temperaturbeständigkeit sowie Rissunempfindlichkeit aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Rohrabschnitt für den Vorlauf und der Rohrabschnitt für den Rücklauf einstückig miteinander verbunden sind. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Rohrabschnitt für den Vorlauf und der Rohrabschnitt für den Rücklauf über einen aus dem Rohr geformten, annähernd U-förmigen Rohrabschnitt einstückig miteinander verbunden sind. Somit weist der Kopf des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres keine risikobehafteten Rohrverbindungsstellen auf.
Die Verwendung eines wenigstens teilweise vernetzten polymeren Werkstoffes für die erfindungsgemäßen Erdsondenrohre führt zu weiteren Vorteilen, da auf Grund der Vernetzung beispielsweise die erfindungsgemäßen Erdsondenrohre im Vergleich zu unvemetzten polymeren Werkstoffen unanfällig gegenüber äußeren Beschädigungen sind und im Gegensatz zu diesen zumindest bis zu einer Dauerbetriebstemperatur von 80°C keine Rissfortpflanzung aufweisen, wodurch bei der Einführung der erfindungsgemäßen Erdsondenrohre in das Bohrloch möglicherweise auftretenden Beschädigungen zu keinerlei Undichtigkeiten führen.
Zur industriellen Fertigung solcher erfindungsgemäßen Erdsondenrohre sind Rohre aus zumindest teilweise vernetztem Polyethylen besonders geeignet, da diese auch nach Erwärmung über den Kristallschmelzpunkt noch für den Biegevorgang ausrei- chende Formbeständigkeit aufweisen.
Weiterhin vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Erdsondenrohr wird gesehen, dass durch die Verwendung eines wenigstens teilweise vernetzen polymeren Werkstoffes wie Polyethylen die Herstellung, insbesondere des Kopfes des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres, sehr einfach und kostengünstig realisierbar ist und dass mit dem erfindungsgemäßen Erdsondenrohr sehr kleine Radien des U-förmigen Rohrabschnittes realisierbar sind. Durch die damit mögliche faltenfreie Herstellung des Kopfes des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres lässt sich der Durchmesser der erforderlichen Erdbohrung reduzieren, was zu einem Kosten- und Zeitvorteil bei der Montage des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres führt. Da andererseits eine zu enge Parallelführung der Erdsondenrohre Nachteile hinsichtlich unerwünschter Wärmeübertragung zwischen dem Rohrabschnitt für den Vorlauf und dem Rohrabschnitt für den Rücklauf und erwünschter Wärmeübertragung zwischen Erdsondenrohr und Boden mit sich bringt, weist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erdsondenrohre einen Radius des U-förmigen Rohrab- Schnittes auf, der etwa dem Doppelten des Rohraußendurchmessers entspricht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Erdsondenrohr so ausgebildet, dass es eine metallische Schicht aufweist, die an der Innen- und/oder der Außenseite aufgebracht oder in die Rohrwand eingebracht ist. Durch die zusätzliche metallische Schicht, welche beispielsweise eine Folie aus Aluminium sein kann, wird eine zusätzliche Diffusionssperre integriert, wobei gleichzeitig eine bessere Wärmeleitung realisierbar ist, da diese metallische Schicht eine gute Leitfä- higkeit aufweist. Gleichzeitig bewirkt die metallische Schicht eine noch bessere Formbeständigkeit des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres, insbesondere im Bereich des U-förmigen Rohrabschnittes.
In einer weiteren Ausgestaltungsform weist das erfindungsgemäße Erdsondenrohr Verstärkungselemente auf. Diese Verstärkungselemente sind an der Innen- und/oder der Außenseite des Rohres aufgebracht bzw. in die Rohrwand eingebracht. Sie bewirken eine materialseitige Verbesserung sowohl der mechanischen als auch der chemischen Eigenschaften. Die Verstärkungselemente, können beispielsweise Fasern, Drähte oder Laminate sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres weist an seiner Außenseite Stege auf.
Diese Stege können je nach den an das erfindungsgemäße Erdsondenrohr gestell- ten Anforderungen so in ihrer Wandstärke und Höhe dimensioniert werden, dass sowohl die mechanischen Eigenschaften, als auch eine Vergrößerung der Oberfläche des Erdsondenrohres realisierbar ist.
Die von der Außenseite des Erdsondenrohres wegweisenden Stege können in axia- ler Richtung des Rohres ausgebildet sein, so dass die Wärmeübertragung zwischen Rohr und Bohrlochverfüllung verbessert wird.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Erdsondenrohr radial ausgebildete Stege aufweist, die in bestimmten Abständen gleichmäßig oder alternierend über die gesamte Länge ringförmig auf dem Erdsondenrohr ausgebildet sind und ebenfalls zu einer Vergrößerung der Oberfläche und damit zu einer Optimierung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres führen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das erfindungsgemäße Erdsondenrohr im Bereich des Kopfes lokale Verstärkungen auf, welche beispielsweise aus einer duroplastischen Vergussmasse bestehen. Diese Vergussmasse ist so dimensioniert, dass sie den Kopf des bzw. der erfindungsgemäßen Erdsondenrohre voll umfänglich bedeckt und an seinem vom Kopf der Erdsonde wegragenden freien Ende eine kegelförmige Gestalt aufweist, welche die Einführung der erfindungsgemäßen Erdson- denrohre in das Bohrloch wesentlich erleichtert.
Weiterhin kann die zur Verstärkung dienende Vergussmasse mit Füll- und/oder Verstärkungsstoffen versetzt sein, so dass die Festigkeit, insbesondere beim Einführen in das entsprechende Bohrloch jederzeit gegeben ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Verstärkung des Kopfes des erfin- dungsgemäßen Erdsondenrohres durch eine auflaminierte faserarmierte Duromer- schicht bestehen, welche die mechanischen Eigenschaften bei der Einführung der Erdsonde in das Bohrloch noch einmal wesentlich erhöht.
Das erfindungsgemäße Erdsondenrohr soll nun anhand eines die Erfindung nicht beschränkenden Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden. Es zeigt:
Fig. 1 : Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Erdsondenrohres
In der Figur 1 ist eine Schnittdarstellung durch die Erdsonde 1 dargestellt. Die Erd- sonde 1 besteht aus dem Erdsondenrohr 2 und einem annähernd im rechten Winkel versetzt angeordneten Erdsondenrohr 3. Das Erdsondenrohr 2 weist einen Rohrabschnitt 21 für den Vorlauf und einem zu diesem annähernd parallel verlaufenden Rohrabschnitt 22 für den Rücklauf auf. Der Rohrabschnitt 21 und der Rohrabschnitt 22 sind über einen annähernd U-förmigen Rohrabschnitt 23 einstückig miteinander verbunden.
Im annähernd rechten Winkel versetzt zum Erdsondenrohr 2 ist das Erdsondenrohr 3 angeordnet, wobei der Rohrabschnitt für den Vorlauf und der Rohrabschnitt für den Rücklauf des Erdsondenrohres 3, welche hier nicht ersichtlich sind, einstückig miteinander verbunden sind. Das Erdsondenrohr 3 weist in seiner Wand Verstärkungs- elemente in Form von Fasern auf, welche bereits bei der Herstellung des Erdsondenrohres 3 im Extrusionsverfahren mit eingearbeitet worden sind. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, hier weitere Fasern bzw. auch Laminate zur Verstärkung des Erdsondenrohres 3 zu verwenden. Das Erdsondenrohr 3 weist an seiner Außen- seite radial ausgebildete Stege 6 auf, welche in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind und zu einer Vergrößerung der Wärmeaufnahmefläche des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres 3 führen. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdsondenrohres 2, 3 können diese Stege 6 auch in axiale Richtung des Erdsondenrohres 2, 3 ausgebildet sein und so zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Erdsondenrohres 2, 3 führen. Die Erdsonde 1 weist in dem Bereich, in dem sich der Rohrabschnitt 21 für den Vorlauf und der Rohrabschnitt 22 für den Rücklauf über einen aus dem Rohr geformten annähernd U-förmigen Rohrabschnitt 23 einstückig miteinander verbinden, eine Umhüllung 7 auf. Diese Umhüllung 7, welche beispielsweise aus einer duroplastischen Verguss- masse besteht, schützt diesen Teil der Erdsonde 1 , der im Allgemeinen auch als Kopf der Erdsonde 1 bezeichnet wird. Ein weiterer Vorteil dieser Umhüllung 7 besteht darin, dass sie zu einer dauerhaften Fixierung des Erdsondenrohres 2 und des Erdsondenrohres 3 der Erdsonde 1 beitragen und speziell bei der Einführung der Erdsonde 1 in ein Bohrloch eine bessere und leichtere Handhabung bewirken. In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erdsonde weist die Umhüllung 7 Füll- und/oder Verstärkungsstoffe auf, so dass die die Erdsondenrohre 2, 3 umfassende Umhüllung 7 den jeweiligen Anforderungen des Erdbodens anpassbar ist, in dem die Erdsonde 1 einbringbar ist.
- Schutzansprüche -

Claims

Schutzansprüche
1. Erdsondenrohr zur Wärmeübertragung im Boden, bestehend aus Rohren für den Transport eines Wärmeträgermediums, mit wenigstens einem Rohrabschnitt für den Vorlauf und einem zu diesem annähernd parallel verlaufenden Rohrabschnitt für den Rücklauf, wobei die Rohrabschnitte mit ineinander in Verbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet,
das der Rohrabschnitt (21) und der Rohrabschnitt (22) einstückig miteinander verbunden sind.
2. Erdsondenrohr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (21) und der Rohrabschnitt (22) über einen aus dem Rohr geformten, annähernd U-förmigen Rohrabschnitt (23) einstückig miteinander verbunden sind.
3. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des U-förmigen Rohrabschnittes (23) höchstens dem zweifachen Außendurchmesser des Rohrs (2, 3) entspricht.
4. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte (21 , 22, 23) aus einem wenigstens teilweise vernetztem polymeren Werkstoff bestehen.
5. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der wenigstens teilweise vernetzte polymere Werkstoff ein Polyethylen ist.
6. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2, 3) eine metallische Schicht aufweist.
7. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht an der Innen- und/oder der Außenseite des Rohres (2, 3) aufgebracht ist.
8. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht in der Wand des Rohres (2, 3) eingebracht ist.
9. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2, 3) Verstärkungselemente aufweist.
10. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente an der Innen- und/oder der Außenseite des Rohres (2, 3) aufgebracht sind.
11. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (5) in die Wand des Rohres (2, 3) eingebracht sind.
12. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente Fasern, Laminate und dergl. sind.
13. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Rohr (2, 3) an seiner Außenseite Stege (6) aufweist.
14. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (6) in axiale Richtung des Rohres (2, 3) ausgebildet sind.
15. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (6) radial, ringförmig an der Außenseite des Rohres (2, 3) ausgebildet sind.
16. Erdsondenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich, in dem die Rohrabschnitte (21 , 22) miteinander verbunden sind, eine Umhüllung (7) aufweist.
17. Erdsondenrohr nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (7) aus einer duroplastischen Vergussmasse besteht.
18. Erdsondenrohr nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die duroplastische Vergussmasse Füll- und/oder Verstärkungsstoffe aufweist.
19. Erdsondenrohr nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (7) aus einem auflaminierten, faserarmierten Duromeren besteht.
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