Rohranordnung

Die Erfindung betrifft eine Rohranordnung für Erdwärmesonden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Rohranordnungen für Erdwärmesonden sind aus dem Stand der Technik hinrei- chend bekannt. Diese Rohranordnungen haben die Aufgabe, Wärme aus der Erde aufzunehmen bzw. Wärme in die Erde abzugeben.

So ist beispielsweise aus der DE 202 02578 U1 eine etwa U-förmige Erdwärmesonde bekannt, bei der die etwa parallel nebeneinander verlaufenden Rohrabschnitte einstückig miteinander verbunden sind. Diese Erdwärmesonde ist beispielsweise aus einem wenigstens teilweise vernetzten polymeren Werkstoff wie Polyethylen hergestellt. Neben der vorteilhaften konstruktionsbedingten Dichtigkeit ist es bei diesen Erdwärmesonden schwierig, dass aufgrund des Herstellungsprozesses ein relativ großer Biegeradius und damit auch ein großer Abstand zwischen den einzelnen Rohrabschnitten nicht unterschritten werden kann.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Rohranordnungen für Erdwärmesonden bekannt, bei denen ein Rohr mit einem kleineren Durchmesser in einem Rohr mit einem größeren Durchmesser eingebracht ist, welche auch als sog. Koaxialsonden bezeichnet werden. Bei diesen Koaxialsonden, welche aus unvernetzten polymeren Materialien bestehen, kann zwar ein höherer spezifischer Wärmeentzug aus der Erde als mit U-förmigen Erd- wärmesonden realisiert werden, jedoch ist der Einsatzbereich derartiger Rohranordnungen durch die Verwendung der unvernetzten polymeren Materialien durch eine begrenzte Temperaturbeständigkeit eingeschränkt.

Hier setzt die Erfindung ein, die sich die Aufgabe gestellt hat, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu überwinden und eine Rohranordnung für Erdwärmesonden aufzuzeigen, die wirtschaftlich und kostengünstig herstellbar ist, die einfach, effizient und schadensfrei installierbar ist und die ein nochmals verbessertes mechanisches Verhalten sowie eine bessere Temperaturbeständigkeit aufweist und die bei NichtVerwendung ökologisch recycelbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Rohranordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Es wird eine Rohranordnung für Erdwärmesonden aus zumindest zwei Rohren, die zumindest eine, ein Lumen umgebende, Schicht aufweisen, die an wenigstens einem freien Ende wenigstens ein, wenigstens eine Schicht aufweisendes, Verbindungselement aufweisen, wobei mindestens eines der Rohre wenigstens teilweise aus einem vernetzten polymeren Material hergestellt ist, vorgeschlagen, wobei das Verbindungselement einstückig ist und mit mindestens einem freien Ende der Rohre verbunden ist.

Die Verbindung ist so ausgebildet, dass das Verbindungselement das freie Ende wenigstens eines der Rohre flüssigkeitsdicht verschließend angeordnet ist. überraschend konnte festgestellt werden, dass mit der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärrnesondeπ der Abstand zwischen den Rohrabschnitten der Erdwärmeson- den deutlich reduziert werden kann und dass es erstmals möglich ist, sog. Koaxialsonden aus polymeren vernetzten Materialien herzustellen.

Vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen Rohranordnungen für Erdwärmesonden wird gesehen, dass das Verbindungselement stoffschlüssig mit mindestens einem freien Ende der Rohre verbunden ist. Das Verbindungselement ist dabei vorteilhafterweise als Elektroschweißmuffe ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohranordndung für Erdwärmesonden ist das Verbindungselement kraftschlüssig mit mindestens einem freien Ende der Rohre verbunden. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass das Verbindungsele- ment aus metallischen, polymeren, keramischen bzw. duromeren Werkstoffen hergestellt sein kann, je nach den gegebenen gesetzlichen bzw. geologischen Anforderungen der Rohranordnungen für Erdwärmesonden.

In einer weiteren ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden ist das Verbindungselement über Mittel kraftschlüssig mit min- destens einem freien Ende der Rohre verbunden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch verschiedene derartige Mittel, die beispielsweise als Sicherheitshülsen, als Schiebehülsen, als Rastelemente, und dergleichen ausgebildet sein können, erfindungsgemäße Rohranordnungen für Erdwärmesonden zur Verfügung gestellt werden können, die die bekannten Nachteile des Standes der Technik überwinden.

Dabei kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das Verbindungselement aus mehreren Teilen durch an sich bekannte Fügeverfahren wie Schweißen, Kleben und dergleichen zu einem einstückigen Verbindungsmittel hergestellt und an den erfindungsgemäßen Rohranordnungen der Erdwärmesonden entsprechend angebracht werden. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass das Verbindungselement mehrteilig ausgebildet ist.

In einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden weist das Verbindungselement wenigstens ein Befestigungselement bspw. zum Anbringen bzw. Anhängen eines Gewichtes auf, welches das Einbringen der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden in ein Bohrloch erleichtert.

Weiterhin vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden wird gesehen, dass das Verbindungseiement an seinem, den freien Enden des Rohres gegen- überliegenden freien Enden als Elektroschweißmuffe ausgebildet ist. Hierdurch ist eine optimale Verbindung zwischen dem einteiligen Verbindungselement und den Rohren möglich. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass das freie Ende des Rohres als Elektroschweißmuffe ausgebildet ist.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, in denen das einstückige Verbindungselement eine Umhüllung aufweist, um es z.B. vor mechanischen oder chemischen Angriffen zu schützen. Diese Umhüllung ist bevorzugt als Umspritzung oder Umschäumung ausgeführt, es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, diese Zielsetzung durch Tauchen oder mittels eines sogenannten Schrumpfschlauches zu erreichen.

Weiterhin umfasst die Lehre der Erfindung Ausführungsformen, bei denen das einstückige Verbindungselement mittels zusätzlicher Formteile, z.B. Halbschalen, vor mechanischer oder chemischer Beschädigung mindestens teilweise umhüllt und geschützt ist.

Alle vorgenannten Umhüllungen können auch Komponenten aufweisen, um zwei etwa U- förmige Rohranordnungen für Erdwärmesonden miteinander oder bspw. mit Gewichtselementen oder anderen, das Einbringen in ein Bohrloch beschleunigende Einschubhilfen zu verbinden.

Die erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden soll nun an diesen nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.

Es zeigt:

Figur 1 : Schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Rohranordnung;

Figur 2: Schematische Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden;

Figur 3: Schematische Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden;

Figur 4: Schematische Schnittdarsteüuπg einer weiteren erfindungsgemäßen Rohran- Ordnung für Erdwärmesonden;

Figur 5: Schematische Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden;

Figur 6: Schematische Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden.

In Figur 1a ist eine erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden dargestellt, die aus zwei Rohren 1 , 2 und einem Verbindungselement 4 aus vernetztem Polyethylen be- steht. Die Rohre 1 , 2 weisen zumindest eine, das Lumen 3 umgebende, Schicht auf und sind aus einem vernetzten polymeren Material wie beispielsweise Polyethylen hergestellt. Das Verbindungselement 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig und im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet und weist an seinen, den freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 gegenüberliegenden freien Enden Mittel 35 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Rastelemente ausgebildet sind. An den freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 sind die Mittel 35 des Verbindungselementes 4 radial umlaufend angeordnet,, so dass die erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden insgesamt kraftschlüssig und flüssigkeitsdicht ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausführung in Figur 1b ist eine erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden dargestellt, die analog zur Anordnung der Erdwärmesonden in Figur 1a aufgebaut ist. Das Verbindungselement 4 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei einstückig miteinander verbundenen Elementen 41 , 42, die über Mittel 35 mit den freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 flüssigkeitsdicht verbunden sind. Zur weiteren Absicherung der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden sind über die mit den Rastaufnehmungen an den freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 in Wirkverbindung stehenden Mitteln 35 des Verbindungselementes 4 Sicherungselemente 33 angeordnet, die die Sicherheit der Rohrverbindung entsprechend erhöhen. Diese Sicherungselemente 33 können beispielsweise ebenfalls aus einem vernetzten po- lymeren Werkstoff hergestellt sein, während das Verbindungselement 4 aus einem unver- netzten polymeren Material besteht.

In Figur 2a ist eine weitere erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden darge- stellt, die aus zwei Rohren 1, 2, die zumindest eine, ein Lumen 3 umgebende, Schicht aufweisen. Die Rohre 1 , 2 sind aus einem vernetzten Polyethylen hergestellt und an ihren freien Enden 10, 20 so aufgeweitet, dass sie einen größeren Innendurchmesser aufweisen als das Lumen 3 der Rohre 1 , 2. Das in diesem Beispiel metallische Verbindungselement 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel an seinen, den freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 gegenüberliegenden freien Enden, ein im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildetes, radial umlaufendes Mittel 35 mit wenigstens einer Profilierung 34 auf, auf das die aufgeweiteten freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 aufschrumpfen und so eine flüssigkeitsdichte und kraftschlüssige Verbindung herbeiführen.

Zur zusätzlichen Absicherung der Verbindung sind über die freien Enden 10, 20 der Roh- re 1 , 2 Sicherungselemente 33 angeordnet, die zu einer weiteren Verpressung der freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 auf den freien Enden des Verbindungselementes 4 führen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2b ist das Verbindungselement 4 aus den Elementen 41, 42 aufgebaut und weist an seiner den freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 gegenü- berliegenden Seite direkt an der Verbindungsstelle zwischen den Elementen 41 , 42 ein

Befestigungselement 36 auf. Das Verbindungselement 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem metallischen Werkstoff hergestellt.

In Figur 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden dargestellt, die aus zwei Rohren 1 , 2, die zumindest eine, ein Lumen 3 umgebende, Schicht aufweisen, wobei an den freien Enden 10, 20 wenigstens ein, eine Schicht aufweisendes, Verbindungselement 4 angeordnet ist, wobei die Rohre 1 , 2 aus einem vernetzten polymeren Material hergestellt sind.

Das Verbindungselement 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet und die freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 flüssigkeitsdicht verschließend angeordnet. Das Verbindungselement 4 ist über Mittel 35 stoffschlüssig mit den Rohren 1 , 2 verbunden. Das Mittel 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine sogenannte Elektroschweißmuffe, die die freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 mit den gegenüberliegenden freien Enden des Verbindungselementes 4 flüssigkeitsdicht verbindet. Das Rohr 1 , 2 sowie das Verbindungselement 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus vernetztem Polyethylen hergestellt.

In Figur 4a sind weitere schematische Schnittdarstellungen erfindungsgemäßer Rohranordnungen für Erdwärmesonden dargestellt. Diese erfindungsgemäßen Rohranordnungen bestehen aus zwei Rohren 1 , 2, die zumindest eine, ein Lumen 3 umgebende, Schicht aufweisen. Das Rohr 2, welches einen geringeren Durchmesser aufweist als das Rohr 1 , ist in diesem Ausführungsbeispiel konzentrisch im Rohr 1 angeordnet. Durch diese an sich bekannte Anordnung entsteht eine sogenannte Koaxialsonde, die in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Verbindungselement 4, welches am freien Ende 10 des Rohres 1 einstückig angeordnet, dieses flüssigkeitsdicht verschließend, gebildet ist. Das Verbindungselement 4 ist über Mittel 35 mit dem freien Ende 10 des Rohres 1 flüssigkeitsdicht verbunden, wobei die Mittel 35 als Rastelemente ausgebildet sind, die mit dem freien Ende 10 des Rohres 1 über eine Rastaufnehmung in Wirkverbindung stehen. Das Verbindungselement 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Anschlagelement 43 auf, an dem das freie Ende 10 des Rohres 1 anliegt.

In Figur 4 b ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Rohranordnung dargestellt, die in etwa analog zur Figur 4a aufgebaut ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden ein zusätzliches Sicherungselement 33 auf, welches sich ebenfalls am Rand 43 des Verbindungselementes 4 abstützt und zu einer erhöhten Sicherheit der Verbindung zwischen dem Rohr 1 und dem Verbindungs- element 4 führt.

Das Verbindungselement 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Befestigungselement 36 auf, welches gegenüber dem freien Ende 10 des Rohres 1 angeordnet ist und einstückig mit dem Verbindungselement 4 verbunden ist. Das Sicherungselement 33 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem vernetzten Polyethylen hergestellt.

In Figur 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden dargestellt, bei der das freie Ende 10 des Rohres 1 aufgeweitet ist. Das freie Ende 10 des Rohres 1 wird durch das Verbindungselement 4 flüssigkeitsdicht verschlossen, welches kraftschlüssig, das freie Ende 10 des Rohres 1 flüssigkeitsdicht verschließend angeordnet ist. Das Verbindungselement 4 weist an seinen, den freien Enden 10 des Rohres 1 gegenüberliegenden Außenseiten eine annähernd rechteckige Profilierung 34 auf, auf die das freie Ende 10 des Rohres 1 , das aus vernetztem Polyethylen besteht, aufschrumpft. Zur weiteren Sicherung der Rohrverbindung zwischen dem Rohr 1 und dem Verbindungselement 4 ist ein Sicherungselernent 33 angeordnet, welches das freie Ende 10 des Rohres 1 noch zusätzlich verpresst. Das Sicherungselement 33 stützt sich dabei am Kragen 44 des Verbindungselementes 4 ab.

In Figur 6a ist eine weitere erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden dargestellt, die aus zwei Rohren 1 , 2, die zumindest eine, ein Lumen 3 umgebende, Schicht auf- weisen. Das Rohr 2 weist einen kleineren Durchmesser als das Rohr 1 auf und ist in diesem konzentrisch angeordnet. Das freie Ende 10 des Rohres 1 ist mit dem gegenüberliegenden freien Ende des Verbindungselementes 4 über ein Mittel 35 stoffschlüssig verbunden, wobei das Mittel 35 in diesem Ausführungsbeispiel als sogenannte Elektroschweiß- muffe ausgebildet ist. Das Verbindungselement 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel vom freien Ende 10 des Rohres 1 geringfügig beabstandet angeordnet, wobei die erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden als solche flüssigkeitsdicht ausgebildet ist.

In Figur 6b ist eine weitere erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden dargestellt, welche ebenfalls als sogenannte Koaxialsonde ausgebildet ist. In diesem Ausfüh- rungsbeispiel ist das Verbindungselement 4 an seinen, dem freien Ende 10 des Rohres 1 gegenüberliegenden freien Ende als sogenannte Elektroschweißmuffe ausgebildet, so dass das Verbindungselement 4, welches einstückig ausgebildet ist, das freie Ende 10 des Rohres 1 flüssigkeitsdicht verschließend angeordnet ist.

Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass das freie Ende 10 des Rohres 1 als Elektroschweißmuffe ausgebildet ist und so das Verbindungselement das freie Ende 10 des Rohres 1 flüssigkeitsdicht verschließend angeordnet ist.

Patentansprüche -