DE202007017371U1 - Erdwärmesonde aus vernetztem Polymermaterial - Google Patents

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Abstract

Erdwärmesonde (1), bestehend aus wenigstens zwei wenigstens abschnittsweise parallel verlaufenden polymeren Rohren (2.1, 2.2) sowie einem aus gleichartigem Material hergestellten ein- oder mehrteiligem Formteil (3) an einem Ende mindestens eines Rohres, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erdberührte Rohr mit dem Formteil verschweißt und vernetzt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Erdwärmesonde aus einem vernetzten Polymermaterial und eine Vorrichtung zur Erdwärmegewinnung mit einer derartigen Erdwärmesonde, sowie eine Vorrichtung zur Erdwärmespeicherung mit einer derartigen Erdwärmesonde.
  • Bekannt sind Erdwärmesonden aus unvernetztem Polyethylen, z. B. aus PE100, PE-RT oder PE-RC, und aus vernetztem Polyethylen (PE-Xa).
  • Erdwärmesonden aus PE100 können nur bis zu Temperaturen von etwa 40°C betrieben werden und sind nur eingeschränkt spannungsrißbeständig und damit als Druckrohr nicht punktlastbeständig, d. h. diese sind zwingend in einem Sandbett zu verlegen.
  • Erdwärmesonden aus PE-RT können zwar bis zu Temperaturen von etwa 80°C betrieben werden, sind jedoch nur eingeschränkt spannungsrißbeständig und damit als Druckrohr ebenfalls nicht punktlastbeständig.
  • Erdwärmesonden aus PE-RC können nur bis zu Temperaturen von etwa 40°C betrieben werden.
  • Erdwärmesonden aus PE-Xa können zwar bis zu Temperaturen von etwa 95°C betrieben werden und sind uneingeschränkt spannungsrißbeständig und damit als Druckrohr punktlastbeständig, können jedoch nicht mit einem polymeren Sondenfuß verschweißt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Erdwärmesonde zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik überwindet und es insbesondere gestattet, ein Formteil als Sondenfuß an ein Rohr anzuschweißen, wobei die Vernetzung des Polymermaterials die hervorragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften sicherstellen soll.
  • Zur Lösung der Aufgabe zur Überwindung der Nachteile des Standes der Technik werden Erdwärmesonden vorgeschlagen, die aus mindestens zwei annähernd parallel zueinander verlaufenden polymeren Rohren bestehen, welche an einem Ende mit einem angeschweißten Formteil versehen sind, wobei mindestens ein Rohr und das Formteil vernetzt sind.
  • Solche Rohre lassen sich beispielsweise dadurch herstellen, dass mit Silanen vernetzbares Polymermaterial, insbesondere Polyethylen, zu Rohren und Formteilen geformt wird.
  • Diese vernetzen nach der Herstellung langsam, vor dem Erreichen eines kritischen Vernetzungsgrades werden sie miteinander verschweißt.
  • Der kritische Vernetzungsgrad liegt im Bereich von max. 35%.
  • Die nach dem Verschweißen von Rohren und Sondenfuß noch vorzunehmende Vernetzung kann mittels erhöhter Temperatur unter Wasserdampfeinfluss durchgeführt bzw. beschleunigt werden.
  • Das resultierende sogenannte silan-vernetzte Polyethylen (PE-Xb) ist besonders widerstandsfähig und daher bevorzugt geeignet zur Herstellung von Erdwärmesonden.
  • Weiterhin lassen sich die erfindungsgemäßen Erdwärmesonden dadurch herstellen, dass zunächst Erdwärmesonden aus unvernetzten Polyethylenrohren und -formteilen mittels Schweißverfahren miteinander verbunden werden, und diese Baugruppe dann mittels Bestrahlung vernetzt wird.
  • Hierzu eignet sich in erster Linie das Elektronenstrahlvernetzen.
  • Es sind aber auch andere Strahlungsvernetzungstechniken einsetzbar.
  • Das strahlenvernetzte Polyethylen (PE-Xc) ist besonders gut geeignet für die Herstellung von Erdwärmesonden.
  • Als Schweißverfahren kommen grundsätzlich alle bekannten Schweißverfahren in Frage, wobei die Stumpfschweißung den Vorteil aufweist, sehr kostengünstig und prozesssicher zu sein und dabei den Außendurchmesser der Sonde am wenigsten vergrößert.
  • Erfindungsgemäß sind zwei Bauformen für derartige Erdwärmesonden möglich:
    • 1. es werden zwei annähernd parallel verlaufende Rohre vorgesehen, wobei die Rohre zumindest abschnittsweise nebeneinander verlaufend positioniert sind. Bei dieser Ausführung der Erdwärmesonde sind beide Rohre und das Formteil erdberührt. Eine derartige Erdwärmesonde weist einen einfachen Aufbau auf und ist insbesondere ohne großen Aufwand herstellbar.
    • 2. es werden zwei annähernd parallel verlaufende Rohre vorgesehen, wobei ein erstes Rohr mit einem Lumen, dessen Durchmesser größer ist, als der Durchmesser eines zweiten Rohres, vorgesehen ist, und das zweite Rohr im Lumen des ersten Rohres positioniert ist. Bei dieser Ausführung der Erdwärmesonde sind das Formteil und das erste Rohr erdberührt. Eine derartige Erdwärmesonde weist eine höhere Wärmeübertragungsleistung auf, ist jedoch bei der Herstellung und beim Einbau aufwendiger.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Ausführung, bei der das Rohr und/oder das Formteil schichtförmige Wandungen, insbesondere mit Innen-, Außen- oder Zwischenschichten, aufweist.
  • Diese Schichten können Haftvermittlerschichten, Abriebschutzschichten, Wärmeleitschichten, Wärmeisolationsschichten, Diffusionssperrschichten, Markierungsschichten, Gleitschichten, Inspektionsschichten, Leckagedetektionsschichten und andere umfassen.
  • Hiermit ergeben sich vorteilhafte Eigenschaften bei der Herstellung, beim Einbau und bei der Verwendung der Erdwärmesonde gemäß vorliegender Erfindung.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Rohr, welches nicht erdberührt ist, wenigstens teilweise geschäumt sein.
  • Dies hat den Vorteil, dass bei der Bauform 2 – wie oben dargestellt – das „innere" Rohr wärmegedämmt ist und somit Wärmeverluste vom bereits erwärmten Rücklauf auf den noch kalten Vorlauf reduziert werden.
  • Es ist in einer anderen Ausführung der Erfindung auch möglich, dass das Rohr, welches nicht erdberührt ist, vernetzt ist.
  • Dies hat den Vorteil, dass das innere Rohr besonders widerstandsfähig gegen Temperatureinflüsse und mechanische Beanspruchungen ist.
  • Die Erfindung soll anhand der beigefügten illustrierenden Fig. detailliert erläutert werden:
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Erdwärmesonde mit zwei annähernd parallel angeordneten Rohren, die durch ein Formteil an einem Ende verbunden sind;
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Erdwärmesonde mit zwei annähernd parallel angeordneten Rohren, wobei ein inneres Rohr in das äußere Rohr positioniert ist, mit einem Formteil, das das äußere Rohr an einem Ende verschließt.
  • Im Einzelnen zeigen die Fig. folgendes:
    In 1 ist eine Erdwärmesonde (1) dargestellt, die aus zwei parallel zu einander verlaufenden Rohren (2.1, 2.2) besteht, an deren unterem Ende ein aus zwei Einzelteilen (3.1, 3.2) gefügtes Formteil angeschweißt ist. Die Rohre und die Formteile bestehen dabei aus silanvernetztem Polyethylen (PE-Xb). Die beiden Rohre (2.1, 2.2) können dabei wahlweise je als Vor- und Rücklauf einer Erdwärmegewinnungsvorrichtung verwendet werden.
  • In 2 ist eine Erdwärmesonde (1) dargestellt, die ebenfalls aus zwei parallel zu einander verlaufenden Rohren (2.1, 2.2) besteht, wobei das Rohr (2.2) im Inneren des Rohrs (2.1) angeordnet ist.
  • Am unteren Ende des äußeren Rohrs (2.1) ist ein Formteil (3) angeschweißt.
  • Das Rohr (2.1) und das Formteil (3) bestehen dabei aus strahlenvernetztem Polyethylen (PE-Xc). Wahlweise kann auch das Rohr (2.2) aus vernetztem Polyethylen bestehen. Für die optimale Wärmeübertragung ist es vorteilhaft, das Rohr (2.2) als Vorlauf und das Rohr (2.1) als Rücklauf einer Erdwärmegewinnungsvorrichtung zu verwenden.
  • Bei einer Erdwärmespeichervorrichtung kann beim Wärmeeintrag vorteilhaft das Rohr 2.1 als Vorlauf bzw. bei der Wärmeentnahme das Rohr 2.2 als Vorlauf eingesetzt werden.
  • Eine Ausführung, bei der das innere Rohr eine Wärmedämmschicht in Form einer Schaumschicht aufweist ist dabei besonders vorteilhaft und damit bevorzugt.
  • Die Erdwärmegewinnungsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie mindestens eine Erdwärmesonde entsprechend der vorgenannten Offenbarung aufweist.
  • Die Erdwärmespeichervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie mindestens eine Erdwärmesonde entsprechend der vorgenannten Offenbarung aufweist.
  • Bei der Erdwärmespeichervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird mittels der erfindungsgemäßen Erdwärmesonde Wärmeenergie in die Umgebung der eingebauten Sonde eingebracht, um diese dort örtlich und zeitlich begrenzt zu speichern.

Claims (10)

  1. Erdwärmesonde (1), bestehend aus wenigstens zwei wenigstens abschnittsweise parallel verlaufenden polymeren Rohren (2.1, 2.2) sowie einem aus gleichartigem Material hergestellten ein- oder mehrteiligem Formteil (3) an einem Ende mindestens eines Rohres, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erdberührte Rohr mit dem Formteil verschweißt und vernetzt ist.
  2. Erdwärmesonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr und das Formteil aus vernetztem Polyethylen bestehen.
  3. Erdwärmesonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr und das Formteil aus silanvernetztem Polyethylen (PE-Xb) bestehen.
  4. Erdwärmesonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr und das Formteil aus strahlenvernetztem Polyethylen (PE-Xc) bestehen.
  5. Erdwärmesonde nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr und/oder das Formteil schichtförmige Wandungen, insbesondere mit Innen-, Außen- oder Zwischenschichten, aufweisen.
  6. Erdwärmesonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten Haftvermittlerschichten, Abriebschutzschichten, Wärmeleitschichten, Wärmeisolationsschichten, Diffusionssperrschichten, Markierungsschichten, Gleitschichten, Inspektionsschichten, Leckagedetektionsschichten und andere umfassen.
  7. Erdwärmesonde nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr, welches nicht erdberührt ist, geschäumt ist.
  8. Erdwärmesonde nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr, welches nicht erdberührt ist, vernetzt ist.
  9. Erdwärmegewinnungsvorrichtung mit einer Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Erdwärmespeichervorrichtung mit einer Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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