DE102006011166B4

DE102006011166B4 - Isolierkappen für die Vor- und Rücklaufisolierung mittels Luftpolster bei tiefen geothermischen Wärmeenergieförderanlagen

Info

Publication number: DE102006011166B4
Application number: DE102006011166A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Gilde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2026-03-11
Also published as: DE102006011166A1

Abstract

Isolierkappe für die Isolierung der Vor- und Rücklaufleitungen mittels Luftpolster bei tiefen geothermischen Wärmeenergieförderanlagen stellt einen bodenlosen Behälter dar, der eine oder mehrere durchgängige Rohre am Deckel in hängender Weise aufweist, sodaß eine später einzupressende Luftmenge ähnlich einer Taucherglocke mit Ausnahme der Rohrstummel in ihm gefangen bleibt und nahezu endlos übereinander angeordnet werden kann.

Description

Die Erfindung gehört in das Gebiet der Isoliertechnik bei tiefen Erdwärmesonden.
Tiefe Erdwärmesonden (bis 5000 Meter) unterscheiden sich von den Erdwärmesonden (bis 150 Meter) durch ihre Teufe. Erdwärmesonden, Energiepfähle oder auch Rohrsonden haben zum Teil sogar eine Vakuumisolierung, wie beispielsweise DE 3033255 A1 .
Gemeinsam mit EP 1486741 B1 bzw. DE 69903810 T2 ( EP 1084373 B1 ) gehen diese aber nur bis zu 150 Meter in die Tiefe. Die geförderte Temperatur liegt bei ca. 12°C und muß z. B. mit einer Wärmepumpe zur Nutzung weiter erhöht werden.
Die doppelwandigen Rohr in Rohr Systeme sind bei den vorliegenden Drücken von über 10 bar aus Stahl, bzw. korrosionsfesterem Material kostenintensiv herzustellen.
Der Aufwand steht in keinem vernünftigem Verhältnis zu dem Energieertrag.
Bei den tieferen Erdwärmeentzugsanlagen, wie beispielsweise DE 19953072 A1 wird über ein spezielles Medium eine geringe Temperaturdifferenz zum Anlaß genommen, auf die Isolierung zu verzichten. Allein dies spiegelt eine Art technischer Hilflosigkeit dar.
Eine Vakuumisolierung entspricht einem ähnlich hohen technischen Aufwand wie dem einer Druckkammerisolierung, selbst, wenn solche in mehreren Etappen untereinander angeordnet werden, um den steigenden Druck bei zunehmender Tiefe durch kleine abgeschlossene Kammern beherrschbar zu machen.
Andere Isoliermaterialien, wie beispielsweise Schäume verlieren durch den steigenden Wasserdruck ihre Bläschen, da diese zerdrückt werden. Bei einer angenommenen 500 Meter tiefen Wassersäule herrscht ein Druck von 50 kg auf 1 cm². Versuche mittels einer Druckkammer bewiesen dies eindeutig. Einzig verhindern sie eine Wasserbewegung vom Rohr zur Innenwand des Bohrmantels und verringern den thermischen Kurzschluß zwischen den Vor- und Rücklaufleitungen.
Die Aufgabe der Erfindung war es, eine kostengünstige, effektive und dauerhafte Isolierung der Vor- und Rücklaufleitungen auf dem Weg zu dem warmen Wärmeentzugsbereich in den tieferen geologischen Schichten herzustellen. Vorausgesetzt bleibt auch, daß das Bohrloch bis oben voll Wasser befüllt ist und offen bleibt, also oben drucklos. Durch die Erfindung ist auch eine geringere Teufe nötig, was zu einer erheblichen Baukostenreduzierung führt.
Obwohl die Geothermie nahezu unerschöpflich ist, ist gerade der hohe Herstellungspreis ein Haupthinderungsgrund für eine massenhafte Erstellung solcher dezentralen Anlagen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit Merkmalen der Ansprüche.
Der zu isolierende Bereich wird erfindungsgerecht mit einer bestimmbaren Anzahl von übereinander angeordneten glockenähnlichen Behältern umgeben, die bauartbedingt die Vor- und Rücklaufleitungen umfassen. Die Vor- und Rücklaufleitungen führen durch den Deckel und gegebenenfalls auch durch die Rohrstummel der Isolierkappe bis zum unteren Rand dieser und weiter in den Deckel der nächst darunter vorhandenen Isolierkappe hinein usw.
Der Abstand zwischen den Leitungen unter sich und dem Außendurchmesser der Isolierkappe sollte relativ gewählt werden.
Wegen der später entstehenden Auftriebskräfte sollten in regelmäßigen Abständen Edelstahlrückhaltefedern eingeplant werden. Schließlich kann der obere Abschlußflansch in stabiler Form für zusätzliche Sicherheit sorgen.
Eine im nachhinein einzudrückende Luftmenge unterhalb der untersten Isolierkappe steigt nach ihrem Austritt aus dem Preßluftschlauch in das Wasser wieder nach oben. Während diese Luft in die unterste Isolierkappe eindringt und bis zum Deckel dieser hochtreibt, verdrängt sie das Wasservolumen nach unten heraus. Die Luftblasen, die seitlich am unteren Rand vorbeigekommen sind, steigen weiter auf und geraten in Teilen in die nächst höhere Isolierkappe. Auch hier sammeln sie sich solange, bis alles Wasser verdrängt ist. Die Luftblasen, die den Weg an der Außenseite der Isolierkappe gefunden haben, werden durch ihre Form als flache Scheibe bedingt durch den abnehmenden Wasserdruck immer größer im Durchmesser, so daß sie sich an der nächst höheren Isolierkappe nahezu vorbeizwängen muß. Auch hier geht wieder ein Teil in die Isolierkappe und der Rest weiter nach oben. Dieser Entleerungsprozeß dauert natürlich einige Zeit. Eine natürliche Erscheinung hierbei ist die Tatsache, daß die Druckverhältnisse bei jeder einzelnen Isolierkappe innen (Luftdruck) wie außen (Wasserdruck) immer gleich sind. Dieselben Druckkräfte wirken auch auf den Vor- und Rücklaufschlauch, weshalb diese nicht besonders ausgelegt werden müssen. Also keine Hochdruckleitung.
Die Form des unteren Isolierkappenrandes sollte etwas angefast werden, damit die aufsteigenden Luftblasen besser und sicherer in diese hineinströmen. Wenn die unterste Isolierkappe total wasserfrei ist und während weitere Luft eingepreßt wird, strömt sie unter dem Rand unterdurch nach oben. Auf diese Weise werden alle Isolierkappen entleert. Die einzupreßende Luft kann vorzugsweise über einen entsprechend langen dünnen Druckschlauch erfolgen, der seitlich zwischen dem Bohrlochrand und den Isolierkappen vorhandenen Spalt, eingeführt wird. Er könnte aber auch durch den Rücklaufschlauch eingeführt werden.
Vorstellbar ist auch ein fest montierter Schlauch, mit dem bei Luftverlust dieser ergänzt wird.
Damit sich zwischen zwei Isolierkappen keine Wasserscheibe bildet, sollten die Übergänge jeweils überlappend angeschrägt werden. Bei einer glockenähnlichen Gestaltung der Isolierkappe ist dies ohne großen Mehraufwand herzustellen.

Claims

Isolierkappe für die Isolierung der Vor- und Rücklaufleitungen mittels Luftpolster bei tiefen geothermischen Wärmeenergieförderanlagen stellt einen bodenlosen Behälter dar, der eine oder mehrere durchgängige Rohre am Deckel in hängender Weise aufweist, sodaß eine später einzupressende Luftmenge ähnlich einer Taucherglocke mit Ausnahme der Rohrstummel in ihm gefangen bleibt und nahezu endlos übereinander angeordnet werden kann.
Isolierkappe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Behältermaterial aus Glas, Metall oder Kunststoff gefertigt wird.
Isolierkappe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mehreren Einzelkappen besteht, die jeweils nur eine Rohrleitung isolieren.
Isolierkappe nach einen der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegenden Wandungen luftundurchlässig beschichtet sind.