CH710040A2 - Isolierende Rohrleitung, Verwendung einer isolierenden Rohrleitung, Verfahren zu deren Herstellung und Erdwärmesonde. - Google Patents

Abstract

Es ist eine isolierende Rohrleitung (10) mit einer Wandung (12) aus mindestens zwei Schichten vorgeschlagen. Ferner umfasst ist eine Mehrzahl von Abstandshaltern (16), welche den Schichten zwischengefügt sind. Die Abstandshalter (16) sind ausgebildet zum Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung (12).

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine isolierende Rohrleitung, eine Verwendung einer isolierenden Rohrleitung, ein Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Rohrleitung und eine Erdwärmesonde.

[0002] Isolierende Rohrleitungen finden insbesondere Anwendung zum Leiten von Fluiden, deren thermischer Zustand im Verlaufe der Leitung im Wesentlichen unverändert beibehalten werden soll. Mit anderen Worten ist gewünscht, dass der thermische Zustand des Fluides, beispielsweise Wasser, durch die Aussenumgebung im Wesentlichen keine Beeinflussung erfährt. Durchgeleitetes Warmwasser, auch Wärmeträgermedium genannt, soll seine Wärme so gering wie möglich an die Aussenumgebung abgeben.

[0003] Um die thermischen Verluste durch die Rohrleitung an die Aussenumgebung zu reduzieren, wird der thermische Widerstand der Rohrleitung erhöht bzw. die thermische Isolierung verbessert. Eine Massnahme zur thermischen Isolierung umfasst eine Erhöhung der Wandstärke der isolierenden Rohrleitung. Zusätzlich oder alternativ wird die isolierende Rohrleitung mit einem thermischen Isoliermaterial umhüllt.

[0004] Eine isolierende Rohrleitung findet beispielsweise Anwendung als Kernrohr in einer Erdwärmesonde, insbesondere einer Koaxial-Erdwärmesonde. Eine solche Erdwärmesonde wird in eine Tiefe von beispielsweise bis zu 600 m abgeteuft. Im Gebrauch strömt ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, in einem äusseren Ringspalt von der Oberfläche bis zum Bohrlochgrund. Hierbei nimmt das Wärmeträgermedium die Erdwärmeenergie auf, welche im Erdreich vorhanden ist, und strömt dann durch das zentral angeordnete Kernrohr wieder zurück an die Oberfläche. Damit das im Kernrohr strömende erwärmte Wärmeträgermedium nur möglichst geringfügig seine Wärme wieder an das ausserhalb im Ringspalt strömende Wärmeträgermedium abgibt, sollte die Wandung des Kernrohrs eine besonders hohe thermische Dämmung bei einer im Wesentlichen gering gehaltenen Wandstärke von beispielsweise 10 mm haben. Somit kann die Erdwärmesonde im Winter zum isolierten Entzug von erwärmtem Wärmeträgermedium für die Raumwärme- und Warmwasseraufbereitung dienen. Im Sommer hingegen sorgt die Isolation für einen Transport von Energie mit einem solar aufgewärmten Wärmeträgermedium bei geringem Energieverlust zum Bohrlochgrund zur Kühlung von solar aufgewärmten Innenräumen und zur Regeneration des Erdreichs und/oder Speicherung von gewonnener Solarenergie im Boden.

[0005] Es haben sich die bis zum Bohrlochgrund reichende Standard-Bohrlochdurchmesser von 135 mm, 130 mm und 110 mm durchgesetzt, wobei das isolierende Kernrohr im Hinblick auf strömungstechnische Optimierungen einen Innendurchmesser von 70 mm resp. 55 mm hat. Bekannte Erdwärmesonden reichen typischerweise in eine Tiefe von 50 bis 350 m, wobei auch tiefere Bohrungen nicht unüblich sind, um die mit zunehmender Tiefe im Erdreich zunehmende Wärmeenergie auf das Wärmeträgermedium zu übertragen. Hierbei nimmt mit zunehmender Bohrlochtiefe auch insgesamt die Kontaktfläche zwischen dem inneren Strömungskanal im isolierten Kernrohr und dem äusseren Strömungskanal zu. Die Wärmeisolation des Kernrohrs ist somit ein wesentlicher Punkt zur Effizienzsteigerung der Erdwärmesonde. Um die thermischen Verluste durch das Kernrohr in einem sinnvollen Rahmen zu halten, wird ein thermischer Widerstand des Rohrs von 0.3 bis 0.5 K/W angestrebt. Unter der Voraussetzung einer Wandstärke des Kernrohrs von 10 mm ist dieser Wert erzielbar, wenn die thermische Leitfähigkeit der Wandung des Kernrohrs einen Wert von 0.1 W/m/K bis 0.15 W/m/K erreicht.

[0006] Um einen thermischen Widerstand des Kernrohrs von 0.4 K/W oder mehr zu erreichen, werden typischerweise Materialien mit einem hohen thermischen Widerstand verwendet, wie beispielsweise Aerogel, 2-Komponenten-Schäume, Kunststoffschäume oder Glaswolle. Die Produktion dieser Materialien ist jedoch nicht umweltverträglich oder nicht nachhaltig. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese Materialien meist auf Erdölbasis produziert werden. Ferner sind diese Materialien teuer, was insbesondere auf Aerogele und 2-Komponenten-Schäume zutrifft.

[0007] Zur thermischen Isolierung werden häufig Schaumstoffe aufgetragen, wie beispielsweise Polyolefine-Schäume, welche günstig sind. Diese Schaumstoffe sind jedoch sehr leicht bzw. tragen zu einem hohen Auftrieb des gesamten Kernrohrs in einem umgebenden flüssigen Medium, beispielsweise Wasser, bei und sind stark kompressibel. Ferner werden poröse extrudierte Kunststoffe verwendet. Ein Nachteil hierin ist, dass sie einen geringen thermischen Widerstand haben und sehr teuer sind. Herkömmliche Kernrohre werden auch extrudiert, geschäumt oder mit Polyolefinschäumen ummantelt.

[0008] Es besteht die Gefahr, dass ein Kernrohr eine zu geringe mittlere Dichte aufweist. Diese mittlere Dichte kann geringer sein als die Dichte von Wasser (1000 kg/m<3>). Beim Abteufen dieser Kernrohre würden diese dann beim Erreichen eines Wasserspiegels auf dem Wasser aufschwimmen. Als Gegenmassnahme ist bekannt, die Kernrohre mit einem Gewicht als Ballast, z.B. eine grosse Menge von Stahl, zu ergänzen, damit die Kernrohre zuverlässig ins Bohrloch abgeteuft werden können. Durch die Zugabe von Stahl, lediglich als Ballastgewicht zur Erhöhung des Gesamtgewichts des Kernrohrs, entstehen jedoch zusätzlich hohe Kosten. Ausserdem sind teure und zeitaufwendige Arbeitsschritte notwendig, um das Ballastgewicht am Kernrohr anzubinden.

[0009] Die Druckschrift CH 706 507 A1 offenbart eine Koaxial-Erdwärmesonde. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades grenzt das Hüllrohr im eingebauten Zustand der Sonde unmittelbar an eine Wandung einer Erdwärmesondenbohrung an.

[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine isolierende Rohrleitung anzugeben, bei welcher die vorstehend genannten Nachteile gelöst sind.

[0011] Diese Aufgabe wird durch eine isolierende Rohrleitung gemäss Anspruch 1 gelöst. Ferner angegeben sind eine Verwendung einer isolierenden Rohrleitung, ein Verfahren zu deren Herstellung und eine Erdwärmesonde. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in weiteren abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0012] Die isolierende Rohrleitung gemäss der vorliegenden Erfindung hat eine Wandung, welche mindestens zwei Schichten umfasst, wobei ferner eine Mehrzahl von Abstandshaltern umfasst ist, welche den Schichten zwischengefügt sind, wobei die Abstandshalter ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung einzutragen. Hierdurch wird eine isolierende Rohrleitung geschaffen, deren Wandung eine Mehrzahl von eingetragenen bzw. eingeschlossenen Lufteinschlüssen umfasst. Mit anderen Worten, sind mittels der Abstandshalter zwischen den mindestens zwei Schichten mehrere Luftspalte gebildet. Die jeweils in den Luftspalten eingetragene bzw. gespeicherte Luft kann vorteilhafterweise nicht entweichen, sodass die mehreren Lufteinschlüsse gleich einem Luftpolster umfänglich bei gleichen oder unterschiedlichen Abständen in der gesamten Wandung der Rohrleitung verteilt sind. Diese Lufteinschlüsse verleihen der isolierenden Rohrleitung aufgrund der hervorragenden thermischen Isoliereigenschaft von Luft insgesamt einen hohen thermischen Widerstand. Hierdurch ist eine hervorragende thermische Isoliereigenschaft auch bei Wandungen mit einer geringen Dicke geschaffen. Ein weiterer Vorteil liegt in der besonders günstigen Herstellung, bei welcher das Basismaterial der isolierenden Rohrleitung selber, nämlich die Schichten, welche besonders kostengünstig sind, lediglich gewickelt wird.

[0013] Die Abstandhalter können aus Metall oder Metalleinlagen (z.B. Drähte oder dgl.) bestehen. Alternativ können die Abstandshalter auch aus ähnlichem oder dem gleichen Material wie die Schichten oder Bahnen selbst bestehen, wobei die Lufteinschlüsse zum Beispiel durch beabstandete Schichten oder Bahnen erhalten werden, die versetzt angeordnet sind. Die hierdurch entstehenden Ausnehmungen zwischen beabstandeten Bahnen oder Schichten werden mit versetzt angeordneten Bahnen oder Schichten abgedeckt, wodurch die gewünschten Lufteinschlüsse entstehen. Denkbar ist auch, dass beim Wickeln von Bahnen ein spiralförmiger Lufteinschluss erhalten wird.

[0014] Vorzugsweise sind die Schichten zu einem Rohr gewickelte Bahnen. Durch das Wickeln von Bahnen zu einem Rohr ist eine besonders kostengünstige Herstellung gewährleistet.

[0015] Verglichen mit dem Stand der Technik ist die Produktivität erhöht.

[0016] Vorzugsweise umfassen die Schichten einen Zellstoff, insbesondere Papier oder Karton, und/oder Kunststoff. Im Falle der besonders bevorzugten Verwendung von Papier oder Karton kann die isolierende Rohrleitung einfach aus Recyclingmaterial hergestellt werden, welches sich als besonders kostengünstig, umweltfreundlich und nachhaltig zeigt. Zudem werden vorteilhafterweise keinerlei Rückstände an das innerhalb und/oder ausserhalb strömende Medium, beispielsweise Wasser, abgegeben. Indem auf dieses nachhaltige und umweltverträgliche Basismaterial zurückgegriffen wird, ist die Marktakzeptanz besonders gross.

[0017] Vorzugsweise sind die Schichten miteinander verklebt. Hierdurch kann die isolierende Rohrleitung kostengünstig durch Endloswickeln der Schichten auf beispielsweise einen den Innendurchmesser vorgebenden Dorn hergestellt werden, wobei die jeweiligen Schichten fortlaufend mit der jeweils darunterliegenden Bahn verklebt werden. Als Klebematerial kann beispielsweise ein kostengünstiger und umweltverträglicher Leim verwendet werden. Dieser Wickelprozess ermöglicht besonders günstige Herstellungskosten und erlaubt deutlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten. Insgesamt wird ein erhöhter Durchsatz im Vergleich zu extrudierten oder geschäumten Rohrleitungen mit vergleichbaren physikalischen Leistungen, beispielsweise im Hinblick auf Festigkeit und thermischen Widerstand, erzielt.

[0018] Vorzugsweise hat die isolierende Rohrleitung eine mittlere Dichte von 900 bis 1000 kg/m<3>, insbesondere 950 bis 980 kg/m<3>. Dieser Dichtewert kann durch geeignete Wahl von u.a. Material, Dichte und Anzahl der Abstandshalter eingestellt bzw. bestimmt werden, wenn weitere Parameter vorbestimmt sind, wie beispielsweise das Volumen der insgesamt eingeschlossenen Luft, die mittlere Dichte der gewickelten Wandung, usw. Selbstverständlich können diese Parameter ebenfalls entsprechend eingestellt bzw. bestimmt werden. Die isolierende Rohrleitung hat somit eine mittlere Dichte, welche etwas geringer ist als die Dichte von Wasser. Somit wird die Rohrleitung leicht aufschwimmen, wenn sie von Wasser umgeben ist. Eine beispielhafte Anwendung hierzu ist die Verwendung der isolierenden Rohrleitung als Kernrohr einer Erdwärmesonde, welches Kernrohr senkrecht in Wasser leicht aufschwimmt. Ein solches Kernrohr kann somit vorteilhafterweise bei geringer Krafteinwirkung in das mit Wasser gefüllte Bohrloch abgeteuft werden.

[0019] Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter wenigstens einen Metalldraht. Dieser mindestens eine Metalldraht wird bei der Herstellung der isolierenden Rohrleitung in die Schichten eingewickelt und hält sie somit zueinander beabstandet, wodurch die zuvor genannten Lufteinschlüsse entstehen. Zugleich wird durch diese besonders einfache und zuverlässige Einbindung des Metalldrahts in die Schichten der isolierenden Rohrleitung zugleich ein höheres Gewicht angelegt. Durch entsprechende Wahl der Anzahl der Metalldrähte kann das Gewicht vorbestimmt werden. Hierdurch steigt insgesamt das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung, welches den Vorteil hat, dass die isolierende Rohrleitung beim Abteufen in ein mit Grundwasser gefülltes Bohrloch nicht auf dem Wasser aufschwimmt. Somit kann, bei entsprechender Einstellung der mittleren Dichte unter Hinzuziehung des Gewichts des Abstandshalters (Metalldraht oder beispielsweise ein Zellstoff mit höherer Dichte), die isolierende Rohrleitung vorteilhafterweise als Kernrohr einer Erdwärmesonde verwendet werden. Beispielsweise umfasst der Metalldraht oder ein Zellstoff mit höherer Dichte sequenziell in seiner Längsrichtung ausgebildete verdickte Abschnitte. Im Bereich dieser verdickten Abschnitte werden übereinanderliegende Schichten voneinander beabstandet, während die Schichten in den nicht verdickten Zwischenabschnitten des Metalldrahts oder des Zellstoffs verklebt sind. Hierdurch werden besonders zuverlässig mehrere hermetisch abgeschlossene Lufteinschlüsse geschaffen, welche umfänglich und in Radialrichtung der Rohrleitung betrachtet auch übereinander verteilt in der Wandung angeordnet sind. Diese zahlreichen Lufteinschlüsse vermitteln der isolierenden Rohrleitung eine hervorragende thermische Isoliereigenschaft.

[0020] Vorzugsweise ist der Metalldraht oder der Zellstoff mit erhöhter Dichte spiralförmig in die Schichten eingewickelt. Hierdurch kann vorteilhafterweise auf einen durchgängigen Metalldraht oder entsprechenden Zellstoff zurückgegriffen werden. Die Ganghöhe, d.h. diejenige Strecke, um die sich der Metalldraht oder der Zellstoff mit erhöhter Dichte bei einer vollen Umdrehung in Richtung der Mittenachse windet, kann zusätzlich zu den zuvor aufgeführten Merkmalen zur entsprechenden Einstellung des Gewichts bzw. der Dichte der Rohrleitung eingestellt werden. Mit zunehmend eng anliegender Wicklung des Metalldrahts oder des Zellstoffes mit erhöhter Dichte steigt entsprechend das Gewicht bzw. die Dichte der Rohrleitung an.

[0021] Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter eine Mehrzahl von Metalldrähten, welche miteinander verdrillt sind. Durch die entsprechende Wahl der Anzahl der miteinander zu verdrillenden Metalldrähte kann vorteilhafterweise das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung eingestellt werden. Die verdrillten Metalldrähte nehmen in ihrer Längsrichtung betrachtet eine Aussenkontur mit abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen an. Durch das Einbringen dieser miteinander verdrillten Metalldrähte in die Schichten werden hermetisch voneinander abgeschlossene Lufteinschlüsse in die Schichten eingebracht. Hierdurch ist durch einfaches Verdrillen der Metalldrähte eine hohe Effizienz erzielt.

[0022] Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, kann der Abstandshalter aus einem Zellstoff, insbesondere Papier oder Karton, und/oder Kunststoff bestehen. Insbesondere besteht eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Rohrleitung vollständig aus einem Zellstoff, d.h. es werden keine Metallanteile verarbeitet, was eine besonders umweltfreundlich Ausführungsvariante darstellt. Dennoch ist bei einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung auch denkbar, dass zumindest ein Anteil an Metallanteilen in den Abstandhaltern vorhanden ist, um beispielsweise das spezifische Gewicht der gesamten Rohrleitung weiter zu erhöhen.

[0023] Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter eine Mehrzahl von kugelförmigen Elementen und/oder ein Pulver. Beispielsweise sind die kugelförmigen Elemente sequentiell miteinander verbunden. Bei der Verwendung von Pulver als Distanzhalterelement sollte vorteilhafterweise auf grobkörniges Pulver zurückgegriffen werden. Durch diese Ausgestaltung des Abstandshalters werden in der Wandung der isolierenden Rohrleitung hermetisch voneinander abgeschlossene Lufteinschlüsse geschaffen. Zudem wird vorteilhafterweise der thermische Kontakt zwischen den durch die kugelförmigen Elemente getrennten Schichten minimiert. Die kugelförmigen Elemente können beispielsweise mittels eines durchgängigen Metalldrahts miteinander verbunden sein. Alternativ sind die kugelförmigen Elemente nicht miteinander verbunden und werden als lose Kugeln in die Schichten eingebracht werden. Durch geeignete Wahl von dem Material der kugelförmigen Elemente, beispielsweise Stahl, der Grösse (Durchmesser) und der Verteilungsdichte, d.h. der Abstand zueinander, kann der gewickelten isolierenden Rohrleitung ein vorbestimmtes Gewicht zugefügt werden. Somit kann das Gesamtgewicht der isolierenden Rohrleitung bzw. deren mittlere Dichte insgesamt derart eingestellt werden, dass die isolierende Rohrleitung nur leicht in Wasser aufschwimmt.

[0024] Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter eine mit wenigstens einem Distanzhalterelement bestückte Bahnlage. Diese Bahnlage, welche bei gleichmässigen oder ungleichmässigen Abständen mit den Distanzhalterelementen flächig bestückt ist, kann einfach und kostengünstig in die Schichten eingewickelt werden. Das Material der Bahnlage kann gleich dem Material der gewickelten Schichten sein, z.B. Papier, Karton oder Kunststoff. Durch geeignete Wahl der Distanzhalterelemente selber, beispielsweise Grösse und Gewicht, kann insgesamt das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung vorteilhaft gewählt bzw. eingestellt werden. Somit kann beispielsweise eingestellt werden, dass die isolierende Rohrleitung, als Kernrohr einer Erdwärmesonde ausgeführt, nur leicht in Wasser aufschwimmt. Beispielsweise umfasst das Distanzhalterelement ein kugelförmiges Element und/oder Pulver. Es können weitere Elemente als Distanzhalterelement verwendet werden, wobei sich Kugeln zum zuverlässigen Ausbilden der Lufteinschlüsse als besonders vorteilhaft gezeigt haben. Bei der Verwendung von Pulver als Distanzhalterelement sollte vorteilhafterweise auf grobkörniges Pulver zurückgegriffen werden. Die Distanzhalterelemente können vorteilhafterweise entweder bereits bei der Produktion der zu wickelnden Schichten hierauf aufgebracht und fixiert werden. Alternativ können die Distanzhalterelemente mit einem Klebematerial, beispielsweise Leim, beim Wickeln der Schichten hierauf befestigt werden.

[0025] Vorzugsweise umfasst die isolierende Rohrleitung eine fluidundurchlässige Schicht, insbesondere ein Kunststoffmaterial, welche am Innenumfang und/oder Aussenumfang der Wandung aufgebracht ist. Durch geeignete Wahl einer Schutzbekleidung, welche am Innenumfang und/oder Aussenumfang aufgebracht ist, kann die isolierende Rohrleitung auch gegen weitere Einflüsse, z.B. das Eindringen von Wasser, geschützt werden, wie beispielsweise ein Schutz gegen chemisch reaktive Flüssigkeiten, ein Schutz gegen Hitze und Kälte sowie gegen reaktive Gase, usw. Beispielsweise umfasst die fluidundurchlässige Schicht ein Kunststoffmaterial. Hierzu werden der Innenumfang und/oder der Aussenumfang beispielsweise mit einer wasserundurchlässigen Kunststofffolie bedeckt, welche das Eindringen von Fluiden, beispielsweise Wasser, in das Material der Wandung verhindert. Hierdurch wird die Lebensdauer der isolierenden Rohrleitung vorteilhafterweise verlängert.

[0026] Vorzugsweise umfasst die isolierende Rohrleitung ferner einen am Aussenumfang der Wandung aufgebrachten fluidundurchlässigen PE-Schrumpfschlauch.

[0027] Vorzugsweise umfasst die isolierende Rohrleitung ferner wenigstens eine Kupplung, welche an einem der Längsenden der isolierenden Rohrleitung angebracht ist, ausgebildet zum fluiddichten Kuppeln mit wenigstens einer weiteren isolierenden Rohrleitung. Hierdurch können mehrere isolierende Rohrleitungen in kurzer Zeit, beispielsweise an Ort und Stelle der Verlegung, besonders zuverlässig und zudem fluiddicht miteinander verbunden werden.

[0028] Die vorliegende Erfindung ist ferner gerichtet auf eine Verwendung einer isolierenden Rohrleitung zum thermisch isolierten Leiten eines Fluides.

[0029] Die vorliegende Erfindung ist ferner gerichtet auf ein Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Rohrleitung. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst ein Herstellen einer Wandung durch Wickeln von mindestens zwei Schichten; und Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung durch Zwischenfügen einer Mehrzahl von Abstandshaltern in die Schichten. Durch dieses Verfahren wird eine isolierende Rohrleitung hergestellt, welche einen sehr hohen thermischen Widerstand hat. Als Material der Schichten kann beispielsweise Papier oder Karton verwendet werden, wodurch vorteilhafterweise auf ein nachhaltiges, umweltverträgliches und rezyklierbares Material zurückgegriffen wird, welches zudem sehr kostengünstig ist und einfach zu verarbeiten ist. Durch das Einbringen der Mehrzahl von Abstandshaltern wird der isolierenden Rohrleitung ein zusätzliches Gewicht zugefügt bzw. angelegt, wodurch vorteilhafterweise das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung derart bestimmt bzw. eingestellt werden kann, dass diese nicht oder sehr geringfügig in Wasser aufschwimmt. Die beispielsweise aus Papier oder Karton gewickelte isolierende Rohrleitung kann in der Produktion unendlich gewickelt und kann dann zu Stangen bzw. einzelnen Rohren abgelängt werden. Zum ausreichenden Aushärten des Klebematerials, welches zum Verbinden der einzelnen Schichten aufgetragen ist, werden die einzelnen Rohre ausreichend getrocknet.

[0030] Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Auftragen einer fluidundurchlässigen Schicht am Innenumfang und/oder Aussenumfang der Wandung. Somit wird verhindert, dass beispielsweise Wasser in das Material der Wandung eintritt. Zusätzlich können die einzelnen Rohre mit Kupplungen versehen werden.

[0031] Die Erfindung betrifft ferner eine Erdwärmesonde, umfassend eine erfindungsgemässe isolierende Rohrleitung zum thermisch isolierten Leiten eines flüssigen Wärmeträgermediums. Somit ist eine Erdwärmesonde, insbesondere eine Koaxial-Erdwärmesonde, vorgeschlagen, deren zentrales Kernrohr durch die erfindungsgemässe isolierende Rohrleitung ausgebildet ist. Hierdurch kann ein zirkulierendes Wärmeträgermedium die Wärmeenergie (Erdwärme) entlang der Bohrlochwand hin zur Bohrlochbasis aufnehmen, wobei das Wärmeträgermedium mit einer stark reduzierten Wärmeenergieabgabe wieder an die Oberfläche gepumpt wird. Da die Wandung der isolierenden Rohrleitung aus mehrfach gewickelten Schichten besteht, beispielsweise Papier oder Karton, werden Kosten eingespart. Somit ist die erfindungsgemässe Erdwärmesonde insgesamt sehr effizient und günstig und besitzt einen hohen Wirkungsgrad. Durch das Einbringen der Abstandshalter in die Schichten wird der isolierenden Rohrleitung zudem ein (Ballast-) Gewicht hinzugefügt. Das Gewicht beziehungsweise die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung kann hierbei vorteilhafterweise derart eingestellt werden, dass die isolierende Rohrleitung in Wasser einen leichten Auftrieb hat. Hierdurch kann die isolierende Rohrleitung sehr vorsichtig in das im Bohrloch angesammelte Wasser eingetaucht werden, dies bei einer deutlich reduzierten Gefahr ihrer Beschädigung. Zugleich sind vorteilhafterweise keine grossen Kräfte notwendig um die isolierende Rohrleitung in die Tiefe abzuteufen, sodass das Risiko einer Beschädigung minimiert ist.

[0032] Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Ausführungsvarianten beliebig kombinierbar sind. Lediglich diejenigen Kombinationen von Ausführungsvarianten sind ausgeschlossen, die durch die Kombination zu Widersprüchen führen würden.

[0033] Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen von dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Ansicht eines beispielhaften Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer isolierenden Rohrleitung; <tb>Fig. 2<SEP>eine schematische Ansicht der erfindungsgemässen isolierenden Rohrleitung in einer Schnittansicht in einer Ebene senkrecht zur Mittenachse; <tb>Fig. 3<SEP>eine schematische Ansicht der erfindungsgemässen isolierenden Rohrleitung in einer Schnittansicht in einer Ebene entlang der Mittenachse; und <tb>Fig. 4A – H<SEP>schematische Ansichten von beispielhaften Abstandshaltern.

[0034] Fig. 1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines beispielhaften Herstellungsverfahrens einer isolierenden Rohrleitung 10 gemäss der Erfindung. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Herstellen einer Wandung 12 der isolierenden Rohrleitung 10 durch ein mehrfaches Wickeln von mindestens zwei Schichten 14, und ein Einbringen einer Mehrzahl von Abstandshaltern 16 in die Schichten 14. Durch das Einbringen der Abstandshalter 16 werden Lufteinschlüsse in die Wandung 12 eingetragen. Die Schichten 14 werden hierbei auf dem Umfang eines zylindrischen Körpers 18, beispielsweise ein Dorn oder eine Welle, endlos gewickelt. Mit anderen Worten, wird eine Schicht 14, angewinkelt in Relation zur Mittenachse des zylindrischen Körpers 18, auf dessen Umfangsflache aufgelegt und gewickelt. Hierbei wird die Wickelstation entlang der Axialrichtung des zylindrischen Körpers 18 kontinuierlich verschoben. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel geschieht die Wicklung in der Richtung von rechts nach links. Diesem Beispiel folgend, werden mehrere Schichten 14 durch Wickeln auf der jeweils darunterliegenden Schicht gewickelt. Die Schichten werden durch kontinuierliches Auftragen von Klebemittel (nicht gezeigt), beispielsweise Leim, fest miteinander verleimt.

[0035] Zwischen einzelnen Schichten werden vereinzelt Abstandshalter 16 eingewickelt. Die Abstandshalter 16 sind in dem gezeigten Beispiel als ein Metalldraht ausgebildet. Somit werden übereinander gewickelte Schichten 14 im Bereich der jeweiligen Abstandshalter 16 durch diese voneinander beabstandet, woraus resultierend Luft zwischen den einzelnen Schichten 14 eingeschlossen wird. Durch die einzelnen Lufteinschlüsse wird der thermische Widerstand der isolierenden Rohrleitung 10 auf einfache und kostengünstige Weise insgesamt erhöht. Die Schichten 14 werden mehrfach gewickelt, bis eine ausreichende Stärke der Wandung 12 erreicht ist.

[0036] Fig. 2 zeigt die isolierende Rohrleitung 10 in einer Schnittansicht entlang einer Ebene senkrecht zur Mittenachse. In dieser lediglich schematischen Erläuterungsdarstellung sind zwei Abstandshalter 16 dargestellt, welche Lagen von einzelnen Schichten 14 derart voneinander beabstandet halten, sodass Lufteinschlüsse ausgebildet werden. Obwohl die Lufteinschlüsse in dieser darstellhaften Ansicht als durchgängig konzentrisch verlaufende Zwischenräume dargestellt sind, können die Lufteinschlüsse in der Praxis lediglich im Bereich der unmittelbaren Nähe der einzelnen Abstandshalter 16 ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Vielzahl hermetisch abgeschlossener Lufteinschlüsse geschaffen, welche der isolierenden Rohrleitung 10 eine hervorragende thermische Isoliereigenschaft vermitteln.

[0037] Fig. 3 zeigt die isolierende Rohrleitung 10 in einer Schnittansicht entlang der Mittenachse M. Mehrere Abstandshalter 16 halten einzelne Lagen der Schichten 14 voneinander beabstandet, sodass Lufteinschlüsse gebildet werden. Die hier beispielhaft gezeigte isolierende Rohrleitung 10 kann ein Kernrohr einer Koaxial-Erdwärmesonde sein. In einer beispielhaften Abmessung kann die isolierende Rohrleitung 10 einen Innendurchmesser von 70 mm und eine Wandstärke von 10 mm haben. Das Kernrohr dient zum Leiten eines Wärmeträgermedium-Vorlaufs. Ein das Kernrohr koaxial umgebendes Hüllrohr (nicht gezeigt) dient zum Leiten eines Wärmeträgermedium-Rücklaufs. Der Innendurchmesser des Hüllrohrs beträgt beispielsweise 130 mm.

[0038] Fig. 4A – F zeigen unterschiedliche Distanzhalter 16A–16F der erfindungsgemässen isolierenden Rohrleitung (nicht gezeigt). Wie zuvor erwähnt, dienen die Abstandshalter 16A–16F neben dem Einschliessen von Luft in die Wandung der isolierenden Rohrleitung zusätzlich zum Beaufschlagen eines zusätzlichen Gewichts. Dieses Gewicht soll in Wasser den Auftrieb durch das Material der isolierende Rohrleitung selber und/oder durch die eingeschlossene Luft kompensiert. Genauer gesagt, dienen die Abstandshalter 16A–16F ebenfalls dazu, dass der isolierenden Rohrleitung insgesamt ein mittleres Gewicht bzw. eine mittlere Dichte verliehen wird, welches bzw. welche einen übermässigen Auftrieb der isolierenden Rohrleitung im Wasser verhindert.

[0039] Der in Fig. 4A gezeigte beispielhafte Abstandshalter 16A ist als einfacher Metalldraht ausgebildet, welcher zwischen einzelnen Schichten eingewickelt werden kann.

[0040] In Fig. 4B ist ein Abstandshalter 16B gezeigt, welcher ebenfalls als Metalldraht ausgebildet ist. Jedoch umfasst dieser Metalldraht sequentiell angeordnete verdickte Abschnitte 20. Hierzu wird der Metalldraht periodisch und abschnittsweise an den Bereichen zwischen den verdickten Abschnitten 20 gestanzt. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung des Abstandshalters 16B besteht darin, dass somit der thermische Kontakt zwischen getrennten Lagen der Schichten minimiert wird.

[0041] Fig. 4C zeigt ein Beispiel, bei welchem der Abstandshalter 16C eine Mehrzahl von kugelförmigen Elementen 22 umfasst, welche hintereinander aufgereiht miteinander verbunden sind. Die kugelförmigen Elemente 22 können hierzu beispielsweise auf einem sehr dünnen Draht – gleich einer Kette – aufgezogen sein. Vorteilhafterweise wird auch hierdurch ein nur geringer Kontakt zwischen getrennten Schichten gewährleistet.

[0042] Fig. 4D zeigt einen beispielhaften Abstandshalter 16D, welcher zwei Metalldrähte umfasst, welche miteinander verdrillt bzw. zueinander spiralförmig angeordnet sind. Durch das Verdrillen werden in Längsrichtung betrachtet abwechselnde Erhebungen und Vertiefungen geschaffen. Durch diese Aussenkontur des Abstandshalters 16D werden, sobald in die Schichten eingebracht, vereinzelte Lufteinschlüsse in die Schichten der isolierenden Rohrleitung eingetragen. Beispielsweise können mehr als zwei Metalldrähte miteinander verdrillt werden. Durch die Wahl der Anzahl der miteinander zu verdrillenden Metalldrähte kann vorteilhafterweise das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung eingestellt werden.

[0043] Fig. 4E zeigt einen beispielhaften Abstandshalter 16E, welcher eine flache Bahnlage 24 umfasst, welche mit mehreren Distanzhalterelementen 26 bestückt ist. Es können mehrere solcher Bahnlagen 24 als Abstandshalter 16E in die einzelnen Schichten der isolierenden Rohrleitung eingewickelt bzw. zwischengefügt werden. Das Material der Bahnlagen 24 kann identisch sein mit dem Material der gewickelten Schichten, z.B. Papier, Karton oder Kunststoff. Die Distanzhalterelemente 26 können beispielsweise kleine Kugeln oder ein grobkörniges Pulver umfassen. Diese können entweder bereits bei der Produktion der flachen Bahn 24 aufgebracht werden oder beim Wickeln der Wandung der isolierenden Rohrleitung direkt mit Leim auf den jeweiligen Schichten angebracht und fixiert werden. Hierdurch werden einzelne Schichten der Wandung von der isolierenden Rohrleitung durch die jeweiligen Distanzhalterelemente 26 auf einfache Weise voneinander beabstandet.

[0044] Fig. 4F zeigt einen beispielhaften Abstandshalter 16F, welcher als ein Metallblech 28 mit einer 3D-Struktur ausgebildet ist. Hierzu wird das Metallblech 28 an vorbestimmten Abständen mit Ausstanzungen 30 versehen. Diese Ausstanzungen 30 können eine beliebige Form annehmen, beispielsweise die Form eines Rechtecks, eines Dreiecks oder eines Kreises. Ein mit derartigen Ausstanzungen 30 versehener Abstandshalter 16F trägt Lufteinschlüsse in die Schichten einer isolierenden Rohrleitung ein. Durch entsprechende Wahl der mittleren Dichte des Metallblechs 28, dessen Ausmasse (Länge, Breite, Materialstärke) sowie der Form, Grösse und des Abstandes der Ausstanzungen 30 zueinander, kann vorteilhafterweise insgesamt die mittlere Dichte bzw. das mittlere Gewicht der isolierenden Rohrleitung, in deren Wandung der Abstandshalter 16P eingetragen ist, eingestellt werden.

[0045] Fig. 4G zeigt einen Schnitt quer durch eine Wand einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Rohrleitung, und zwar als schematische Darstellung auf der linken Seite zur Illustration des Verlaufs von einzelnen Schichten und als Querschnitt durch eine fertig hergestellte Rohrleitung auf der rechten Seite. Entsprechend sind auf der linken Seite von Fig. 4G die überlappenden Schichten deutlich erkennbar, die seitlich zur Bildung von Ausnehmungen beabstandet sind. Diese Ausnehmungen werden durch darüber liegende weitere Schichten oder Bahnen abgedeckt, wodurch die erwünschten isolierenden Lufteinschlüsse der erfindungsgemässen Rohrleitung gebildet werden. In Fig. 4G sind die Lufteinschlüsse durch Pfeile markiert. Die Grösse und die Anzahl der Lufteinschlüsse werden wiederum so gewählt, dass das gewünschte spezifische Gewicht der gesamten Rohrleitung erhalten wird. Die Abstandshalter 16G werden bei dieser Ausführungsvariante durch die Schichten selbst gebildet, und zwar eben durch die versetzte und beabstandete Anordnung der einzelnen Bahnen bzw. Schichten, wie dies durch die Prinzipskizze in Fig. 4G angegeben ist.

[0046] Schliesslich ist in Fig. 4H ein Querschnitt einer einzelnen Bahn oder Schicht dargestellt, bei der sowohl Abstandhalter – hier bestehend aus vier Metalldrähten – als auch Lufteinschlüsse bereits integriert sind. Bei weiteren Ausführungsvarianten einer erfindungsgemässen Rohrleitung ist es dann vorgesehen, entweder nur die mit integrierten Abstandhalter und Lufteinschlüssen ausgestalteten Bahnen zu verwenden oder aber zumindest einzelne Bahnen dieser Bauart bei der Herstellung der Rohrleitungen zu verwenden.

Claims (18)

1. Isolierende Rohrleitung (10) mit einer Wandung (12), welche mindestens zwei Schichten (14) umfasst, ferner umfassend eine Mehrzahl von Abstandshaltern (16), welche den Schichten (14) zwischengefügt sind, ausgebildet zum Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung (12).

2. Isolierende Rohrleitung (10) nach Anspruch 1, bei welcher die Schichten (14) zu einem Rohr gewickelte Bahnen sind.

3. Isolierende Rohrleitung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Schichten (14) einen Zellstoff, insbesondere Papier oder Karton, und/oder Kunststoff umfassen.

4. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schichten (14) miteinander verklebt sind.

5. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer mittleren Dichte von 900 bis 1000 kg/m<3>, insbesondere 950 bis 980 kg/m<3>.

6. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) wenigstens einen Metalldraht umfasst.

7. Isolierende Rohrleitung (10) nach Anspruch 6, bei welcher der Metalldraht spiralförmig in die Schichten (14) eingewickelt ist.

8. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) eine Mehrzahl von Metalldrähten umfasst, welche miteinander verdrillt sind.

9. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Abstandshalter (16) aus einem Zellstoff, insbesondere Papier oder Karton, und/oder Kunststoff besteht.

10. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) eine Mehrzahl von kugelförmigen Elementen (22) und/oder ein Pulver umfasst.

11. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) eine mit wenigstens einem Distanzhalterelement (26) bestückte Bahnlage (24) umfasst.

12. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine fluidundurchlässige Schicht, insbesondere ein Kunststoffmaterial, welche am Innenumfang und/oder Aussenumfang der Wandung (12) aufgebracht ist.

13. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen am Aussenumfang der Wandung (12) aufgebrachten fluidundurchlässigen PE-Schrumpfschlauch.

14. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend wenigstens eine Kupplung, welche an einem der Längsenden der isolierenden Rohrleitung (10) angebracht ist, ausgebildet zum fluiddichten Kuppeln mit wenigstens einer weiteren isolierenden Rohrleitung.

15. Verwendung einer isolierenden Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum thermisch isolierten Leiten eines Fluides.

16. Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Rohrleitung (10), umfassend: – Herstellen einer Wandung (12) durch Wickeln von mindestens zwei Schichten (14), und – Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung (12) durch Zwischenfügen einer Mehrzahl von Abstandshaltern (16) in die Schichten (14).

17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Auftragen einer fluidundurchlässigen Schicht am Innenumfang und/oder Aussenumfang der Wandung (12).

18. Erdwärmesonde, umfassend eine isolierende Rohrleitung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum thermisch isolierten Leiten eines flüssigen Wärmeträgermediums.