DE202005004815U1

DE202005004815U1 - Sondenendstück

Info

Publication number: DE202005004815U1
Application number: DE200520004815
Authority: DE
Original assignee: GF TEC GmbH; GF-TEC GmbH
Current assignee: GF TEC GmbH; GF-TEC GmbH
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2015-03-23
Also published as: WO2006100014A1; WO2006100014A8; EP1952075A1

Abstract

Sondenendstück (1, 25) zur Strömungsumlenkung bei der Gewinnung von Erdwärme mit wenigstens einem U-förmigen, an einem Zulaufrohr (2, 29, 49) und einem Ablaufrohr (3, 31, 51) befestigten Rohrkrümmer (4, 27, 57) zum Absenken in ein in das Erdreich eingebrachtes Bohrloch, wobei der Krümmungsbereich des Rohrkrümmers von einem in Absenkrichtung verstärkten Schutzmantel (10, 30, 50) umgeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sondenendstück mit einem U-förmigen Rohrkrümmer.
Zur Gewinnung von Erdwärme wird in das Erdreich üblicherweise ein Bohrloch eingebracht, in welches ein von einem strömungsfähigen Medium wie etwa Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch oder dergleichen durchströmtes Rohrsystem eingeführt wird. Das Rohrsystem weist ein Zuleitungsrohr sowie ein Ableitungsrohr auf, die am unteren Ende über einen U-förmigen Rohrkrümmer verbunden sind. Die beim Durchströmen durch das Rohrsystem aufgenommene Energie (Wärme) wird anschließend einem Wärmetauscher oder einer Wärmepumpe zugeführt, welche die Wärmefracht dem Medium wieder entziehen. Das Rohrsystem besteht aus wärmeleitfähigem Werkstoff, beispielsweise Polyethylen.
Während des Einführens des Rohrsystems in das Bohrloch sind oft Widerstände innerhalb des Bohrlochs zu überwinden, die häufig allein schon durch das aus der Umgebung des Bohrloches in dieses einströmende Grundwasser verursacht werden. Daher muss die Wandung der das Rohrsystem bildenden Rohre hinreichend stark sein, um ein geradliniges Einführen des Rohrsystems in das Bohrloch zu gewährleisten. Vor allem der am unteren Ende der Sonde befindlichen Rohrkrümmer ist dabei einer besonders hohen Belastung unterworfen. Insbesondere die an einem Rohrkrümmer oft erforderlichen Schweißnähte unterliegen dabei besonderer mechanischer Beanspruchung. Wenn diese undicht werden, leckt das Medium in das Erdreich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sondenendstück zu schaffen, dessen Rohrkrümmer den mechanischen Belastungen beim Einführen des Rohrsystems in ein Bohrloch besser standhält und dessen Form das hochbelastete Sondenendstück und die Rohre vor Beschädigung schützt.
Dazu dient ein Sondenendstück zur Gewinnung von Erdwärme mit wenigstens einem U-förmigen, an einem Zulaufrohr und einem Ablaufrohr befestigten Rohrkrümmer zum Absenken in ein in das Erdreich eingebrachtes Bohrloch, wobei der Rohrkrümmer im Krümmungsbereich von einem in Absenkrichtung verstärkten Schutzmantel umgeben ist. Der Schutzmantel nimmt den mechanischen Druck auf und schützt den Rohrkrümmer vor Beschädigungen. Der Schutzmantel kann in Weiterbildung der Erfindung aus einem Elastomer-Kunststoff, vornehmlich modifiziertem Polyurethan bestehen. Der Rohrkrümmer ist bevorzugt wenigstens im Krümmungsbereich vom Schutzmantel umspritzt oder umschäumt. Es empfiehlt sich, dem Schutzmantel an seinem unteren Ende ein balliges Profil zu geben oder spitz zulaufen zu lassen, damit sich der Sondenfuß im Bohrloch beim Einführen zentriert. Zweckmäßig sind auch die an den Krümmer anschließenden Rohrendstücke vom Schutzmantel umgeben. Es ist ferner vorteilhaft, wenn auch der Zwischenraum zwischen den Rohrendstücken vom Material des Schutzmantels ausgefüllt ist. Bevorzugt ist ferner, wenn der Schutzmantel in der Nähe seines unteren Endes eine Durchbohrung zum Anhängen einer Beschwerung aufweist. Ergänzend kann in die Oberseite des Schutzmantels eine Blindbohrung oder ein herausstehender Fixierungsstift oder Schraube zur Aufnahme bzw. Fixierung eines Treibgestänges eingebracht sein, mit dessen Hilfe das Sondenendstück und somit die Erdwärmesonde in das Bohrloch eingedrückt werden kann. Dazu kann der Schutzmantel in der Nähe seines oberen Endes zweckmäßig eine einseitige, radiale Verdickung aufweisen, in die die Blindbohrung bzw: der Fixierungsstift eingebracht ist.
Wenn das Sondenendstück einen zweiten U-förmigen Rohrkrümmer (Duplex-Sonde) aufweist, der sich zum ersten Rohrkrümmer parallel erstreckt, dann empfiehlt es sich, dass auch der zweite Rohrkrümmer von einem zweiten Schutzmantel umgeben ist, welcher dem ersten Schutzmantel ähnlich ist. Zweckmäßig sind beide Schutzmäntel seitlich aneinander gefügt und verbunden, beispielsweise verschraubt. Es ist aber auch möglich, die beiden Rohrkrümmer mit einer gemeinsamen Umspritzung herzustellen, die dann ein einteiliges Bauteil bildet.
Im Übrigen sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
1: eine Draufsicht auf ein Sondenendstück;
2: einen Schnitt durch das Sondenendstück nach 1 längs der Linie A-A;
3 einen Schnitt durch das Sondenendstück längs der Linie B-B aus 1;
4: einen Schnitt längs der Linie C-C durch das Sondenstück nach 1;
5: eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Sondenendstücks;
6: einen Schnitt durch das Sondenendstück nach 5 längs der Linie B-B;
7: einen Querschnitt längs der Linie A-A durch das Sondenendstück nach 6;
8: einen Vertikalschnitt durch das Sondenendstück längs der Linie C-C aus 7; und
9: einen Schnitt längs der Linie D-D durch das Sondenendstück nach 7.
Das im Ganzen mit 1 bezeichnete Sondenendstück zur Gewinnung von Erdwärme umfasst das untere Ende eines Zulaufrohres 2 und das untere Ende eines Ablaufrohres 3, die durch einen U-förmigen und eine Schweißnaht 5 aufweisenden Rohrkrümmer 4 über Schweißnähte 6 und 7 verbunden sind. Der Rohrkrümmer 4 sowie die unteren Abschnitte der Rohrstücke 2 und 3 sind von einem Schutzmantel 10 umspritzt oder umschäumt, der die unteren Abschnitte der Rohrstücke 2 und 3 relativ dünnwandig bei 8 und 13 umgibt, den Zwischenraum zwischen den beiden unteren Abschnitten 2 und 3 bei 9 voll ausfüllt und unterhalb des Rohrkrümmers 4 eine erhebliche Verdickung aufweist, die mindestens so stark ist wie der Außendurchmesser der Rohrstücke 2 oder 3 und am unteren Ende 11 ballig geformt ist. In eine obere radiale Verstärkung 12 des Schutzmantels 10 neben dem Rohrstück 2 ist ein Blindloch 14 eingebracht, in welches das untere Ende eines nicht dargestellten Treibgestänges eingeschraubt oder mittels eingeschraubtem Fixierungsstift oder alternativ geschäumter Schraube fixiert werden kann. Das Treibgestänge kann dazu dienen, bei Auftreffen des Sondenendstückes 1 auf ein Hindernis im nicht dargestellten Bohrloch durch Schlag oder Druck auf das Treibgestänge das Sondenendstück weiter in das Bohrloch hinein zu treiben.
Der Werkstoff des Schutzmantels 10 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus geschäumtem Polyurethan, dessen Eigenschaften so eingestellt sind, dass es einerseits hinreichende Fertigkeit zum Wegdrücken kleinerer Hindernisse und andererseits eine gewisse Plastizität zur Aufnahme höherer Kräfte aufweist.
Wenn das Bohrloch hinreichenden Durchmesser hat, so dass ein Rohrsystem aus zwei Rohrkrümmern in das Bohrloch eingeführt werden kann, erweist sich die in den 5 bis 9 dargestellte Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft. Das Sondenendstück 25 gemäß 6 umfasst daher einen ersten Rohrkrümmer 27, welcher mit dem unteren Abschnitt eines ersten Zulaufrohrs 29 sowie am anderen Ende mit dem unteren Abschnitt eines Ablaufrohres 31 verschweißt ist. Beide untere Abschnitte der Rohre 29 und 31 sowie der U-förmige Rohrkrümmer 27 sind von einem ersten Schutzmantel 30 umschäumt, der am unteren Ende 33 spitz zuläuft, die unteren Abschnitte der Rohre 29 und 31 mit den Abschnitten 35 und 37 relativ dünnwandig umgibt und den Zwischenraum 39 zwischen den unteren Abschnitten der Rohre 29 und 31 ausfüllt. Der untere Teil des ersten Schutzmantels 30 ist relativ stark ausgeführt und in der Nähe seines unteren Endes 33 mit einer Durchgangsbohrung 32 quer zu den Rohren 29 und 31 versehen. Eine weitere Bohrung 34 befindet sich zwischen den unteren Abschnitten der Rohre 29 und 31.
Wie aus 7 und 9 zu erkennen ist, ist der untere Abschnitt eines zweiten Zulaufrohrs 49 und der untere Abschnitt eines zweiten Ablaufrohres 51 in einen zweiten Schutzmantel 50 eingebettet, der aus dem gleichen Material wie der erste Schutzmantel besteht und in seiner Gestaltung dem ersten Schutzmantel 30 ähnlich ist. Der erste Schutzmantel 30 ist mit dem zweiten Schutzmantel 50 durch einen Bolzen oder eine Schraube verbunden, der sich durch die Bohrung 34 und eine mit ihr fluchtende Bohrung 54 im zweiten Schutzmantel 50 quer zu den Rohren 29, 31, 49, 51 erstreckt. Der erste Schutzmantel 30 und der zweite Schutzmantel 50 liegen längs einer Fläche 38 aneinander, welche bei 51 unterhalb einer in den ersten Schutzmantel 30 von oben eingelassenen Blindbohrung 36 und oberhalb der fluchtenden Bohrungen 34, 54 für den Bolzen in den zweiten Schutzmantel 50 hinein abgestuft ist. Oberhalb der Stufe 51 ist der erste Schutzmantel 30 zu einer in Draufsicht (5) wellenförmigen Verdickung 53 ausgebildet, die sich in den zweiten Schutzmantel 50 hinein erstreckt, um Platz für die Blindbohrung 36 in der einseitigen radialen Verdickung 53 am ersten Schutzmantel 30 zu gewinnen. Die Blindbohrung 36 dient wieder zur Fixierung eines Treibgestänges, mit dessen Hilfe das Sondenendstück 25 gegen eventuelle Widerstände in das Bohrloch eingetrieben werden kann, wobei durch die Stufen 51 und aufgrund des die Bohrungen 34, 54 durchsetzenden Bolzens der erste Schutzmantel 30 den zweiten Schutzmantel 50 nach unten mitnehmen kann und die Krafteinleitung sich auf beide Sondenhälften verteilt. Die 9 lässt erkennen, dass der erste Schutzmantel 30 und der zweite Schutzmantel 50 im Bereich der unteren Abschnitte der Rohre 29, 31, 49, 51 spiegelsymmetrisch ausgeführt sind und der zweite Schutzmantel 50 daher in der gemeinsamen Spitze 33 nach unten ausläuft. So umgibt der zweite Schutzmantel 50 den zweiten Rohrkrümmer 57 vollständig, wobei das unterhalb den Rohrkrümmern 27 und 57 befindliche Material des ersten Schutzmantels 30 und des zweiten Schutzmantels 50 in Absenkrichtung nach unten eine Stärke hat, die mehr als der Durchmesser der Rohre 31 oder 51 beträgt. Die fluchtenden Durchgangsbohrungen 32 und 52 ermöglichen die Befestigung eines an das Sondenendstück 25 frei angehängten Gewichtes zur Beschwerung. Die Duplexumspitzung kann auch als ein Bauteil ausgeführt sein, dann entfallen die Durchgangsbohrungen 32 und 52.

Claims

Sondenendstück (1, 25) zur Strömungsumlenkung bei der Gewinnung von Erdwärme mit wenigstens einem U-förmigen, an einem Zulaufrohr (2, 29, 49) und einem Ablaufrohr (3, 31, 51) befestigten Rohrkrümmer (4, 27, 57) zum Absenken in ein in das Erdreich eingebrachtes Bohrloch, wobei der Krümmungsbereich des Rohrkrümmers von einem in Absenkrichtung verstärkten Schutzmantel (10, 30, 50) umgeben ist.
Sondenendstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (10, 30, 50) aus Kunststoff, vornehmlich Polyurethan besteht.
Sondenendstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkrümmer wenigstens im Krümmungsbereich vom Schutzmantel (10, 30, 50) umspritzt oder umschäumt ist.
Sondenendstück nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (10) an seinem unteren Ende (11) ein balliges Profil hat.
Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (30, 50) an seinem unteren Ende spitz zuläuft.
Sondenendstück nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Krümmer (4, 27, 57) anschließende Rohrstücke (2, 3, 29, 31, 49, 51) vom Schutzmantel (10, 30, 50) umgeben sind.
Sondenendstück nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (9, 39) zwischen den Rohrstücken vom Material des Schutzmantels ausgefüllt ist.
Sondenendstück nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel aus einem geschäumten Elastomer, vorzugsweise Polyurethan besteht.
Sondenendstück nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (30, 50) in der Nähe seines unteren Endes eine Durchgangsbohrung (32, 52) zum Anhängen einer Beschwerung aufweist.
Sondenendstück nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die obere Seite einer einseitigen radialen, oberen Erweiterung (12, 53) des Schutzmantels eine Blindbohrung oder Fixierschraube (14; 36) zur Aufnahme eines Treibgestänges eingebracht ist.
Sondenendstück nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter U-förmiger Rohrkrümmer (57) vorgesehen ist, der an einem zweiten Zulaufrohr (49) und an einem zweiten Ablaufrohr (51) befestigt ist und sich zum ersten Rohrkrümmer (27) parallel erstreckt und von einem zweiten Schutzmantel (50) umgeben ist, welcher dem ersten Schutzmantel (30) ähnlich ist, wobei beide Schutzmäntel längs einer sich in Absenkrichtung erstreckenden Fläche (38) aneinander gefügt und verbunden sind.
Sondenendstück nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schutzmäntel (30, 50) miteinander verschraubt sind.
Sondenendstück nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Schutzmantel (30), in welchen die Blindbohrung (36) eingebracht ist, durch eine Stufe (51) in den zweiten Schutzmantel (50) einspringt.
Sondenendstück für Duplex-Sonden nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schutzmantel zusammen ein einteiliges Bauteil bilden.