Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sondenfuss für eine Erdsonde, wobei der in ein Bohrloch einsetzbare Sondenfuss ein um etwa 180 DEG gekrümmtes Bogenteil aufweist, mittels dessen Zu- und Rücklaufrohre der Erdsonde zur Durchströmung eines Wärmeträgers verbindbar sind.
Erdsonden werden zur Ausnutzung der Erdwärme als Wärmetauscher in den Boden eingesetzt. Der fliessfähige Wärmeträger, der zum Wärmeaustausch mit der Umgebung und zum Transport der aufgenommenen Erdwärme nach oben benutzt wird, führt über ein erstes Verbindungsrohr, das Zulaufrohr, zum Sondenfuss, wird dort umgelenkt und dann über ein weiteres Verbindungsrohr, das Rücklaufrohr, zurück zum Sondenkopf transportiert.
Ein Sondenfuss der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der CH-PS 653 120 bekannt. Dort wird u.a. ausgeführt, dass ein auf dem Grund eines Bohrlochs zum Liegen kommender Abschnitt eines mit einem 180 DEG -Bogen verbundenen, eine Erdsonde bildenden Rohrpaares eine bogenförmige Krümmung aufweisen kann, deren Bogenhöhe wesentlich grösser sein kann als der Durchmesser des Bohrloches. Die genaue Konstruktion des angesprochenen 180 DEG -Bogens ist dort nicht beschrieben. In der Praxis wurden bisher nur aus 90 DEG -Bögen nach dem Stumpfschweiss-Verfahren hergestellte 180 DEG -Bögen verwendet. Die heute eingesetzten Erdsondenfüsse bestehen somit aus mehrteiligen, miteinander verschweissten Bogenteilen.
Durch das Stumpfschweissen der zwei 90 DEG -Bögen aneinander bildet sich im Inneren des Bogens ein Innengrat, welcher eine sprungartige Verengung des Kunststoffbogens darstellt und aufgrund der Krümmung des Bogens nicht ohne weiteres entfernbar ist.
Die bekannte Art der Sondenfüsse hat verschiedene Nachteile. Die ineinanderragenden Rohre und die Schweissstellen bilden Blenden, welche einen grossen Durchflusswiderstand ergeben. Das Zusammensetzen und das Verschweissen der einzelnen Stumpfschweissstellen ist arbeitsaufwendig. Solche Schweissstellen werden auch von den Umweltschutzbehörden als ein Sicherheitsrisiko betrachtet, da beim Undichtwerden die Umgebung, d.h. vor allem das Grundwasser, verschmutzt wird, wobei auch die Reinheit der häufig in der Nähe solcher Erdsondenanlagen zu findenden Trinkwasserreservoire beeinträchtigt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Sondenfuss der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine höhere Sicherheit gegen Verschmutzung der Umwelt bietet, technisch einfacher und daher wirtschaftlicher herzustellen ist und darüberhinaus einen möglichst kleinen Durchflusswiderstand für den umlaufenden Wärmeträger bietet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Sondenfuss durch ein einstückig geformtes, um zumindest im wesentlichen 180 DEG gekrümmtes Kunststoffrohr gebildet ist, das eine Oberfläche besitzt, welche keine sprungartigen Verengungen aufweist.
Dadurch, dass der Sondenfuss aus einem einstückigen, um 180 DEG gekrümmtes Kunststoffrohr und nicht aus zwei miteinander verschweissten Bogenteilen gebildet ist, ist keine Stumpfschweissstelle vorhanden, welche zu Leckagen führen kann. Auch wird durch die Vermeidung einer solchen Schweissstelle eine Konstruktion erreicht, bei der das Kunststoffrohr eine glatte, keine stufen- oder sprungartigen Verengungen aufweisende Oberfläche besitzt, so dass der Durchströmungswiderstand auf einem Minimum gehalten werden kann. Mit dieser Konstruktion gelingt es auch, einen möglichst kleinen Umlenkradius sicherzustellen, so dass für einen bestimmten Durchmesser des Bohrloches mit verhältnismässig grossen Rohrdurchmessern und freien Strömungsquerschnitten im U-förmig gekrümmten Kunststoffrohr gearbeitet werden kann.
Z.B. gelingt es mit der erfindungsgemässen Konstruktion, einen U-förmigen Kunststoffbogen mit Schenkeln von 32 mm Durchmesser in ein Bohrloch von 110 mm einzusetzen bzw. ein Kunststoffrohr mit einem Rohrdurchmesser von 40 mm in ein Loch von 120 mm Durchmesser einzuführen.
Besonders günstig ist es, wenn der etwa U-förmige Sondenfuss mit zwei unterschiedliche Längen aufweisenden Schenkeln ausgebildet ist. Die Verbindungsstellen mit den Zu- und Rücklaufrohren dann in Längsrichtung der Sonde gegeneinander versetzt, so dass die Durchführung der Verbindung mit dem jeweiligen Rohr nicht erschwert ist und etwaige Durchmesservergrösserungen, die an diesen Verbindungsstellen auftreten, keine störende Auswirkung verursachen. Die erfindungsgemässe Konstruktion gestattet die Anbringung eines Gewichtes, das dem in einem Bohrloch durch das vorhandene Grundwasser bewirkten Auftrieb entgegenwirkt. Vorzugsweise weist diese Einrichtung die Form einer Kunststoffplatte bzw. -lasche mit mindestens einem in der Ebene der Kunststoffplatte bzw. -lasche liegenden Loch auf.
Die Herstellung des erfindungsgemässen Sondenfusses erfolgt vorzugsweise durch das sogenannte Extrusionsblasverfahren, das dem Fachmann als solches bekannt ist. Zuerst wird ein Rohr extrudiert, dann wird, wie bei der Flaschenherstellung, ein Werkzeug um das Rohr herumgelegt und das Rohr anschliessend aufgeblasen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angege ben, wobei die erfindungsgemässe Konstruktion auch für sog. Energiepfähle verwendet werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher zeigt:
Fig. 1 eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Draufsicht eines Sondenfusses 10 und
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Sondenfuss der Fig. 1 in der Ebene II-II.
Nach der Zeichnung weist der Sondenfuss 10 in etwa eine U-Form mit zwei unterschiedliche Längen aufweisenden Schenkeln 12 und 14 auf, welche über einen Rohrbogen 16 ineinander übergehen. Der Querschnitt des Sondenfusses senkrecht zu der Mittellinie 15 hat überall zumindest im wesentlichen den gleichen Durchmesser. Im freien Endbereich des Schenkels 12 befindet sich eine nach aussen gerichtete Ringschulter 20, welche einen Abstand von der Stirnfläche 22 dieses Schenkels 12 aufweist. Die Ringschulter 20 dient als Anschlag für das Stirnende 24 eines auf das freie Ende des Schenkels 12 aufgestülpten Verbindungsrohres 26, so dass zwischen dem aufgestülpten Verbindungsrohr 26 und dem Schenkel 12 eine teleskopartige Verbindung existiert.
Das Verbindungsrohr 26 kann auf verschiedene Weise mit dem freien Ende des Schenkels 12 abgedichtet verbunden werden. Beispielsweise kann die Ringschulter 20 mit dem Stirnende 24 des Rohres verschweisst werden, wobei diese Schweissstelle zu keiner Verengung des freien Strömungsquerschnittes des Sondenfusses führt, da sich die Schweissnaht nur aussen befindet. Es kommen die üblichen Schweissverfahren wie Stumpfschweissen, Heizelement-Muffenschweissen und Heizwedel-Muffenschweissen in Frage. Eine andere Möglich keit besteht darin, die teleskopisch ineinandergesteckten Enden mit einer Klebeverbindung zwischen der äusseren Oberfläche des Schenkels 12 und der inneren Oberfläche des Verbindungsrohres 26 aneinander zu befestigen.
Es ist auch möglich, das freie Ende des Gewindes 26 bzw. das freie Ende des Schenkels 12 mit einem Gewinde zu versehen und mit einer gesonderten Schraubmuffe eine Schraubverbindung ggf. unter Zwischenschaltung einer Dichtung zu erreichen. Auch weitere lösbare Verbindungen sind verwendbar.
Eine entsprechende teleskopische Verbindung ist auch am Schenkel 14 zwischen diesem Schenkel und einem weiteren Verbindungsrohr 28 vorgesehen, wobei die Befestigung nach einer der oben erläuterten Möglichkeiten erreicht werden kann.
Als Alternative zu der zylindrischen Gestalt des Verbindungsrohres 26 weist das Verbindungsrohr 28 am Ende eine stufenförmige zylindrische Erweiterung 30 auf, welche zur Aufnahme des freien Endes 32 des Schenkels 14 dient. Auf diese Weise liegt die innere Oberfläche 27 des Vebindungsrohres 28 bündig mit der inneren Oberfläche 29 des Sondenfusses 10 im Bereich des Stirnendes 33 des Schenkels 14, so dass in diesem Übergangsbereich keine Strömungsstörungen auftreten. Auch bei dem Schenkel 14 dient eine Ringschulter 34 als Begrenzungsanschlag für das freie Ende des Verbindungsrohres 28. Beide Ringschultern 20 und 34 können vorteilhafterweise schräge Seitenflächen aufweisen, die beispielsweise einen Neigungswinkel von 45 DEG bezogen auf die Mittellinie des Sondenfusses aufweisen.
Die stufenförmige Erweiterung 30 des Verbindungsrohres 28 kann auch bei dem Verbindungsrohr 26 vorgesehen werden.
Am im Betrieb unteren Ende 36 des U-fömigen Sondenfusses 10 befindet sich eine Kunststoffplatte bzw. -lasche 38 mit einem Befestigungsloch 40 und einem umlaufenden Rand 42 geringerer Wandstärke. Diese Kunststoffplatte bzw. -lasche 38 kann mit dem unteren Ende 36 des Sondenfusses 10 verklebt werden oder kann aber auch während des Extrusionsblasverfahrens mit dem Sondenfuss einstückig erzeugt werden. Das Befestigungsloch 40 dient der Befestigung eines Gewichtes, das dem in einem Bohrloch durch das vorhandene Grundwasser bewirkten Auftrieb entgegenwirkt. Es können auch zwei Befestigungslöcher vorgesehen werden.
Durch die in Längsrichtung der Schenkel 12, 14 versetzte Anordnung der teleskopischen Verbindungsstellen wird einerseits die Montage der Verbindungsrohre mit dem Sondenfuss erleichtert, da der erhöhte Durchmesser an den Verbindungsstellen dann weniger störend ist und beispielsweise mehr Platz für die Durchführung einer Schweissverbindung vorliegt, andererseits wird auch die Herstellung des U-förmigen Sondenfusses erleichtert.
Diese Herstellung erfolgt vorzugsweise durch das an sich bekannte Extrusionsblasverfahren, das beispielsweise in dem Buch "Kunststoffverarbeitung und Werkzeugbau" auf den Seiten 444 und 445 beschrieben ist. Durch ein solches Verfahren wird zuerst ein Rohr extrudiert, dann wird, wie bei der Flaschenherstellung, ein Werkzeug um das Rohr umgelegt und das Rohr wird aufgeblasen und dehnt sich, bis die Form des Werkzeuges aufgefüllt ist.
Der Sondenfuss wird vorzugsweise aus polymerem Material, wie beispielsweise Polyolefin und insbesondere aus Hochdruckpolyethylen hergestellt.
The present invention relates to a probe base for an earth probe, the probe base insertable into a borehole having an arc part curved by approximately 180 °, by means of whose inlet and return pipes the earth probe can be connected to flow through a heat transfer medium.
Geothermal probes are used as heat exchangers in the ground to utilize geothermal energy. The flowable heat transfer medium, which is used for heat exchange with the environment and for transporting the absorbed geothermal energy upwards, leads via a first connecting pipe, the inlet pipe, to the probe foot, is deflected there and then transported back to the probe head via another connecting pipe, the return pipe .
A probe foot of the type mentioned is known for example from CH-PS 653 120. Among other things, explained that a section of a pipe pair connected to a 180 ° bend and forming an earth probe, which comes to rest on the bottom of a borehole, can have an arcuate curvature, the bend height of which can be considerably larger than the diameter of the borehole. The exact construction of the 180 ° arc mentioned is not described there. In practice, only 180 DEG arches made by butt welding from 90 DEG arches have been used. The earth probe feet used today consist of multi-part, welded arc parts.
Due to the butt welding of the two 90 ° bends to each other, an inner ridge is formed in the inside of the bend, which represents a sudden narrowing of the plastic bend and cannot be easily removed due to the bend of the bend.
The known type of probe feet has several disadvantages. The interlocking pipes and the welds form orifices, which result in a large flow resistance. Assembling and welding the individual butt fusion points is labor-intensive. Such welding points are also considered by the environmental protection authorities as a safety risk, since if they leak, the environment, i.e. above all the groundwater is polluted, whereby the purity of the drinking water reservoirs that are often found in the vicinity of such geothermal probe systems can also be impaired.
The object of the present invention is to provide such a probe foot of the type mentioned at the outset, which offers greater security against pollution of the environment, is technically simpler and therefore more economical to manufacture and moreover offers the lowest possible flow resistance for the circulating heat transfer medium.
To achieve this object, it is provided according to the invention that the probe foot is formed by an integrally formed plastic tube which is curved by at least substantially 180 ° and has a surface which has no abrupt constrictions.
Because the probe foot is formed from a one-piece plastic tube curved by 180 ° and not from two arc parts welded to one another, there is no butt welding point which can lead to leakages. By avoiding such a welding point, a construction is also achieved in which the plastic tube has a smooth surface which does not have any step-like or jump-like constrictions, so that the flow resistance can be kept to a minimum. With this construction, it is also possible to ensure the smallest possible deflection radius, so that work can be carried out for a specific diameter of the borehole with relatively large pipe diameters and free flow cross sections in the U-shaped curved plastic pipe.
E.g. With the construction according to the invention, it is possible to insert a U-shaped plastic bend with legs of 32 mm in diameter into a 110 mm borehole or to insert a plastic pipe with a tube diameter of 40 mm into a 120 mm diameter hole.
It is particularly expedient if the approximately U-shaped probe foot is formed with two legs having different lengths. The connection points with the inlet and return pipes are then offset in the longitudinal direction of the probe, so that the connection with the respective pipe is not made difficult and any increases in diameter that occur at these connection points do not cause a disruptive effect. The construction according to the invention allows a weight to be attached which counteracts the buoyancy caused by the existing groundwater in a borehole. This device preferably has the shape of a plastic plate or flap with at least one hole lying in the plane of the plastic plate or flap.
The probe foot according to the invention is preferably produced by the so-called extrusion blow molding process, which is known per se to the person skilled in the art. First a tube is extruded, then, like in bottle manufacturing, a tool is placed around the tube and then the tube is inflated. Further preferred embodiments of the invention are given in the subclaims, the construction according to the invention also being able to be used for so-called energy piles.
An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which:
Fig. 1 is a partially sectioned longitudinal top view of a probe foot 10 and
Fig. 2 shows a cross section through the probe foot of Fig. 1 in the plane II-II.
According to the drawing, the probe base 10 has approximately a U-shape with two legs 12 and 14 which have different lengths and which merge into one another via a pipe bend 16. The cross section of the probe foot perpendicular to the center line 15 has at least essentially the same diameter everywhere. In the free end region of the leg 12 there is an outwardly directed annular shoulder 20 which is at a distance from the end face 22 of this leg 12. The annular shoulder 20 serves as a stop for the front end 24 of a connecting tube 26 slipped onto the free end of the leg 12, so that a telescopic connection exists between the slipped connecting tube 26 and the leg 12.
The connecting tube 26 can be connected in a sealed manner to the free end of the leg 12 in various ways. For example, the annular shoulder 20 can be welded to the front end 24 of the tube, this welding point not leading to a narrowing of the free flow cross section of the probe foot, since the weld seam is only on the outside. The usual welding methods such as butt welding, heating element socket welding and heating frond socket welding can be used. Another possibility is to fasten the telescopically nested ends to one another with an adhesive connection between the outer surface of the leg 12 and the inner surface of the connecting tube 26.
It is also possible to provide the free end of the thread 26 or the free end of the leg 12 with a thread and to achieve a screw connection with a separate screw sleeve, possibly with the interposition of a seal. Other detachable connections can also be used.
A corresponding telescopic connection is also provided on the leg 14 between this leg and a further connecting tube 28, the attachment being able to be achieved in one of the ways explained above.
As an alternative to the cylindrical shape of the connecting tube 26, the connecting tube 28 has a stepped cylindrical extension 30 at the end, which serves to receive the free end 32 of the leg 14. In this way, the inner surface 27 of the connecting pipe 28 lies flush with the inner surface 29 of the probe foot 10 in the region of the front end 33 of the leg 14, so that no flow disturbances occur in this transition region. In the case of the leg 14, too, an annular shoulder 34 serves as a limit stop for the free end of the connecting tube 28. Both annular shoulders 20 and 34 can advantageously have inclined side surfaces which, for example, have an inclination angle of 45 ° with respect to the center line of the probe foot.
The stepped extension 30 of the connecting tube 28 can also be provided in the connecting tube 26.
At the lower end 36 of the U-shaped probe foot 10 during operation there is a plastic plate or tab 38 with a fastening hole 40 and a peripheral edge 42 of reduced wall thickness. This plastic plate or flap 38 can be glued to the lower end 36 of the probe foot 10 or can also be produced in one piece with the probe foot during the extrusion blow molding process. The mounting hole 40 is used to attach a weight that counteracts the buoyancy caused by the existing groundwater in a borehole. Two mounting holes can also be provided.
The staggered arrangement of the telescopic connection points in the longitudinal direction of the legs 12, 14 on the one hand facilitates the assembly of the connection pipes with the probe foot, since the increased diameter at the connection points is then less disruptive and, for example, there is more space for performing a welded connection, on the other hand facilitates the manufacture of the U-shaped probe foot.
This production is preferably carried out by the extrusion blow molding process known per se, which is described, for example, in the book "Plastics Processing and Tool Making" on pages 444 and 445. Such a process first extrudes a tube, then, like in bottle manufacture, a tool is wrapped around the tube and the tube is inflated and stretches until the shape of the tool is filled.
The probe foot is preferably made from polymeric material, such as polyolefin, and in particular from high-pressure polyethylene.