-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung an
-
einem bis in Grundwasser leitende Schichten eingebrachten Brunnen,
welcher insbesondere im wesentlichen aus einem mit einer Kiesschicht ummantelten
Schachtrohr mit darin angeordnetem Druck- oder Förderrohr aufgebaut ist, wobei am
Brunnenboden eine Ansaugpumpe angeordnet ist, welche das aus der Grundwasser leitenden
Schicht angesaugte Wasser über das Druck- oder Förderrohr durch den Brunnen nach
oben fördert.
-
Derart aufgebaute Brunnen finden in zunehmendem Maße für Wärmepumpen
Verwendung, bei denen Wasser aus der Grundwasser leitenden Schicht abgesaugt und
über das Förderrohr durch den Brunnen den nachgeschalteten Anlageteilen der Wärmepumpe
zugeführt wird. Im Grundwasser sind allerdings erhebliche Mengen an Mineralien gebunden,
die bei Luft-Sauerstoff zufuhr oder Zufuhr von sauerstoffhaltigem Wasser ausfallen
und schwer lösbare Oxide bilden. Diese Oxide bauen sich in den Anlageteilen der
Wärmepumpe auf und können zu Verstopfungen und schließlich zu einem Ausfall der
Gesamtanlage führen. Kritisch sind in diesem Zusammenhang insbesondere Mangan- und
Eisenoxide, wobei beispielsweise das zweiwertige Eisen bei Sauerstoff zufuhr in
schwer lösbares dreiwertiges Eisen umgewandelt wird. Zudem sind in stark sauerstoffhaltigem
Wasser sogenannte Eisenbakterien enthalten, die sich gleichfalls in Schichten ablagern
können und damit zu Verstopfungen der Anlagenteile führen.
-
Dieses Problem der Verschmutzung derartiger Anlagen aufgrund von ausgefallenen
Oxiden von im Grundwasser enthaltenen Verbindungen, welches häufige Wartungsarbeiten
und oftmals den Austausch einzelner Anlageteile erfordert,
ist bislang
noch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst worden, so daß ein Bedürfnis besteht,
die durch Zufuhr von Sauerstoff bedingten Verschmutzungen der Pumpe und nachgeschalteter
Anlagenteile zu reduzieren.
-
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mit einfachen Maßnahmen
Verschmutzungen der Pumpenteile und nachgeschalteter Anlagenelemente weitgehend
zu verhindern, welche insbesondere infolge von Sauerstoffanreicherung der Grundwasser
leitenden Schicht resultieren.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzvorrichtung
durch eine den Zwischenraum zwischen dem Förderrohr und dem Schachtrohr überbrückende
Dichtmanschette gebildet ist.
-
Mit einer solchen Schutzvorrichtung kann mit baulich außerordentlich
einfachen Maßnahmen der Atmungsweg zwischen einerseits der Atmosphäre und den oberflächennahen
Schichten, die sehr stark mit Sauerstoff angereichert sind, und andererseits der
grundwasserleitenden Schicht gespert werden, so daß ein Sauerstoff zutritt über
das Schachtrohr in die Grundwasser leitende Schicht und damit ein übermäßiges Ausfallen
der im Grundwasser gebundenen Mineralien verhindert ist. Mit dieser einfachen Maßnahme
können somit wirkungsvoll Verschmutzungen der Pumpenteile und nachgeschalterer Anlagenelemente
ausgeschlossen werden.
-
In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, die Schutzvorrichtung oberhalb
des Ansaugabschnittes des Schachtrohres, also des Filterrohrabschnittes, und unterhalb
der stark mit Sauerstoff angereicherten oberflächennahen Schichten anzuordnen.
-
Dabei ist berücksichtigt, daß gerade das sich in den oberflächennahen
Schichten befindliche Wasser sehr stark mit Sauerstoff angereichert ist und demzufolge
von der Ansaugzone der Pumpe ferngehalten werden soll. Vorteilhaft ist aber auch
eine Anordnung der Schutzvorrichtung im Bereich des Ruhewasserstandes, also der
oberen Grenzlinie der Grundwasser leitenden Schicht. Zweckmäßig ist auch die Anordnung
der Schutzvorrichtung am Boden des Senkungstrichters, welcher sich durch das Absaugen
des Wassers während des Saugvorganges bildet.
-
In besonders vorteilhafter Weise wird die Aufgabenstellung jedoch
dadurch gelöst, daß die Schutzvorrichtung bzw. Dichtmanschette durch eine Blähdichtung
gebildet ist, die in im Brunnen eingebauten Zustand unter Druck am Schachtrohr anliegt.
-
Hierdurch wird einerseits ein sehr guter Dichtschluß erzielt, der
von Toleranzunterschieden und sich im Schachtrohr aufbauenden Verschmutzungen unabhängig
ist. Die Blähdichtung ermöglicht es, daß der Dichtschluß erst nach Absenken der
Schutzvorrichtung zur endgültigen Stelle innerhalb des Brunnens aufgebracht wird,
so daß die im übrigen zusammengezogene Blähdichtung leicht mit dem Förderrohr in
den Brunnen abgelassen werden kann. Hierdurch vereinfacht sich sowohl die Montage
wie auch die in regelmäßigen Abständen durchzuführenden Wartungsarbeiten. Eine Beschädigung
der Dichtung beim Einbringen und Herausnehmen aus dem Brunnen bzw. dem Schachtrohr
ist nämlich dadurch ausgeschlossen ,weil die aus der Blähstellung in die zusammengezogene
Stellung geführte Blähdichtung nicht mehr am Schachtrohr anliegt und somit auch
nicht mit den daran aufgebauten Verschmutzungen in Berührung kommt.
-
Dadurch, daß die Blähdichtung unter Druck am Schachtrohr anliegt,
ist der Dichtschluß auch bei dem sich während des Pumpvorganges auf bauenden Differenzdruck
gewährleistet, der
auf dem Druckunterschied zwischen dem Boden des
Senkungstrichters und der Ebene des Ruhewasserstandes basiert.
-
In besonders vorteilhafter Weise ist die Blähdichtung durch ein Hohlprofil
gebildet, durch welches das Förderrohr geführt ist, wobei die Blähdichtung am Förderrohr
dichtend befestigt ist und mit ihrem Außenmantel am Schachtrohr anliegt. Die Ausbildung
der Blähdichtung als Hohlprofil ermöglicht ein gutes Aufblähen des Profils in die
Dichtstellung und auch ein einfaches Zusammenziehen der Dichtung während der Montage-
und Wartungsarbeiten. Zweckmäßigerweise ist hierbei die Innenkammer der Blähdichtung
mit dem Förderrohr wasserleitend verbunden, so daß die Blähdichtung stets mit dem
Druck der darüber ruhenden Wassersäule am Schachtrohr anliegt.
-
Zweckmäßigerweise ist das Förderrohr im Bereich der Blähdichtung unterteilt,
wobei das Hohlprofil im Bereich je einer Durchgangsöffnung für das Förderrohr mit
den beiden Förderrohrabschnitten verbunden ist. Diese Ausgestaltung besitzt den
Vorteil, daR die Blähdichtung beim Zusammenführen der beiden Rohrabschnitte aufgebläht
wird und in die Dichtstellung gelangt, wohingegen das Auseinanderziehen der beiden
Rohre ein Strecken der Blähdichtung bewirkt, so daß de Blähdichtung nicht mehr am
Schachtrohr anliegt. In dieser Stellung kann die Blähdichtung in einfacher Weise
in den Brunnen eingebracht und auch von diesem entfernt werden. In diesem Zusammenhang
eignet sich eine Kupplung der beiden Rohrabschnitte in Art eines Bajonettverschlusses.
-
Vorteilhaft ist es schließlich, daß das Schachtrohr im Bereich der
Blähdichtung durch eine aus Tonkugeln gebildete Schicht ummantelt ist. Diese Tonkugeln
lösen sich auf und
bilden hierdurch einen Lehmstopfen, der als
Sperrschicht in dem das Schachtrohr umgebenden Kiesmantel wirkt.und dadurch die
Grundwasser leitende Schicht gegen darüberliegende Schichten abtrennt, die mit Sauerstoff
angereichertes Wasser führen.
-
Durch die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung wird demnach der in einem
Brunnen vorhandene sogenannte Atmungsweg mit den oberflächennahen Schichten und
der Atmosphäre an der Oberfläche geschlossen, so daß wirkungsvoll das Eindringen
von mit Sauerstoff angereichertem Wasser in die Grundwasser leitenden Schichten,
aber auch ein direkter Zustrom von Luft-Sauerstoff in diese Schicht verhindert.
Dadurch wird die Gefahr des Ausfallens der im Grundwasser gebundenen Mineralien
und damit die Bildung von schwer löslichen Oxiden, welche die Pumpenteile und nachgeschaltete
Anlagenelemente verschmutzen können, maßgeblich reduziert. Vorteilhaft ist dabei,
daß dies mit außerordentlich einfachen Maßnahmen, nämlich einer insbesondere als
Blähdichtung ausgebildeten Schutzvorrichtung erreicht wird.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine schematische Schnittansicht mit
einem eingebrachten Brunnen und Fig. 2 eine Darstellung der aus Fig. 1 ersichtlichen
Blähdichtung in Dicht- und Montagestellung.
-
Der aus Fig. 1 schematisch ersichtliche und allgemein mit 1 bezeichnete
Brunnen ist bis in die Tiefe einer Grundwasser leitenden Schicht 2 eingebracht.
Der Brunnen 1 umfaßt im
wesentlichen ein Schachtrohr 3, ein innerhalb
des Schachtrohres 3 angeordnetes Druck- oder Förderrohr 4, sowie einen in die Brunnenbohrung
eingebrachten Kiesmantel 5.
-
Das S diachtrohr 3 besteht im wesentlichen aus einem Glattrohr und
einem mit 6 bezeichneten Filterrohrabschnitt, welches sich im Gebiet der Grundwasse4Leitenden
Schicht 2 befindet und durch eine Vielzahl von öffnungen oder Schlitzen im Schachtrohr
3 gebildet ist. Dieser Filterabschnitt 6 ist in Fig. 1 schraffiert dargestellt.
Im übrigen ist das Schachtrohr 3 aus einem korrosionsbeständigen Stahl hergestellt
und erstreckt sich von der Erdoberfläche 7 bis zum Brunnenboden.
-
Innerhalb des Schachtrohrinneren befindet sich das Förderrohr 4, wobei
dieses Rohr zweckmäßigerweise in der Mittelachse des Schachtrohres 3 angeordnet
ist. Am unteren Ende des Förderrohres befindet sich die Pumpe 8, der ein Ansaugfilter
9 sowie ein Motor 10 vorgeschaltet sind.
-
Beim Betrieb eines derart aufgebauten Brunnens wird über den Filterrohrabschnitt
6 Wasseraus der Grundwasser leitenden Schicht 2 mittels der durch den Motor 10 betriebenen
Pumpe 8 über das Ansaugfilter 9 angesaugt und durch das Förderrohr 4 nach oben einer
nachgeschalteten Anlage, wie etwa den Wärmetauschern einer Wärmepumpe zugeführt.
Die Förderrichtung ist schematisch in Fig. 1 durch einen Pfeil verdeutlicht. Beim
Ansaugen des Wassers aus der Grundwasser leitenden Schicht 2 bildet sich im oberen
Bereich der Grundwasser leitenden Schicht 2 ein strichliert dargestellter Einlauf-
oder Senkungstrichter 11 aufgrund des abgesaugten Wassers aus. Gleichzeitig wird
durch den Ansaugvorgang aber auch Wasser aus oberflächennahen Schichten angesaugt,
welches gegenüber dem
Wasser der Grundwasser leitenden Schicht
2 einen höheren Sauerstoffanteil besitzt. Zugleich wirktdas Schachtrohr 3 in bekannter
Weise als Atmungsweg, so daß hierüber Luft von der Oberfläche bzw. Wasser aus oberflächennahen
Schichten zugeführt wird. Die Zufuhr von stark sauerstoffangereichertem Wasser bzw.
die Zufuhr von Luft-Sauerstoff bewirkt jedoch das Ausfallen der im Wasser in erheblichen
Mengen gebundenen Mineralien, wobei insbesondere zweiwertiges Eisen in dreiwertigem
Zustand überführt wird. Ein derartiges Eisenoxid ist aber schwer lösbar. Das Ausfallen
von mineralischen Oxiden führt aber zu Verschmutzungen in der Pumpe und den nachgeschalteten
Anlageelementen, wie etwa den Tauscherflachen einer Wärmepumpe, so daß bexgts nach
relativ kurzen Einsatzzeiten mit Störungen des Betriebs und schließlich mit einem
Ausfall der Anlage gerechnet werden muß.
-
Um diese Nachteile zu beheben, ist oberhalb des Filterrohrab schnittes
6 eine Schutzvorrichtung angeordnet, die gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Blähdichtung 12 ausgebildet ist. Die Blähdichtung 12 liegt unter Druck dichtend
am Innenumfang des Schachtrohres 3 an, so daß der Atmungsweg über das Schachtrohr
3 gesperrt ist, Zweckmäßig ist es hierbei, neben der Blähdichtung 12 im Kiesmantel
Tonkugeln einzubringen, die sich auflösen und einen Lehmstopfen im Bereich des Kiesmantels
bilden. Dies unterstützt die Wirkung der Blähdichtung 12.
-
Die Blähdichtung 12 besteht aus einem Hohlprofil und kann aus einer
in Fig. 2 mit durchgezogener Linie dargestellten Montagestellung in die in Fig.
2 strichliert dargestellte Dichtstellung gebracht werden. Im einzelnen weist das
Hohlprofil der Blähdichtung 12 zwei öffnungen auf, durch die das Förderrohr 4 hindurchgesteckt
ist. Im Bereich der Öffnungen ist die Blähdichtung flanschartig ausgebildet und
in diesem
Bereich mit dem Förderrohr 4 fest verbunden. Zweckmäßigerweise
ist die Blähdichtung 12 dabei am Förderrohr 4 anvulkanisiert.
-
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Förderrohr 4 im Bereich der Blähdichtung
bei 13 unterteilt ist. Die beiden Abschnitte des Förderrohres 4 sind dabei im Bereich
der Teilstelle 13 miteinander gekuppelt. Diese Teilung hat den Vorteil, daß zur
Montage oder für Wartungsarbeiten die beiden Förderrohrabschnitte 4a und 4b relativ
zueinander verschoben werden können, wodurch sich die Blähdichtung 12 in der oben
beschriebenen Weise streckt oder zusammenzieht.
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Blähdichtung 12 bei auseinandergezogenen
Rohrabschnitten 4a und 4b zusammengezogen, so daß die Blähdichtung in diesem Zustand
nicht am Schachtrohr 3 anliegt. Das bedeutet, daß die Rohre in diesem Zustand1 ohne
Beschädigungen der Blähdichtung 12 durch Vorbeiführen der Dichtung am verschmutzten
Schachtrohr befürchten zu müssen, in das Schachtrohr 3 eingebracht oder zu Wartungsarbeiten
herausgenommen werden kännen.Für die Endstellung werden die beiden Rohrabschnitte
4a und 4b zusammengesetzt, die ii Fig. 2 durch Pfeilrichtung gekennzeichnet, wobei
in dieser Stellung die Blähdichtung 12 nach außen gewölbt ist, so daß sie unter
Druck am Innenumfang des Schachtrohres 3 anliegt. Diese Stellung ist in Fig. 2 strichliert
dargestellt.
-
Zweckmäßigerweise ist an einem der Förderrohrabschnitte, etwa am Abschnitt
4a, ein Stift 14 vorgesehen, der mit einer im Rohrabschnitt 4b ausgebildeten L -förmigen
Nut 15 zur Bildung eines Bajonettverschlusses zusammenwirkt. Zur
Montage
brauchen die beiden Rohrabschnitte lediglich ineinandergeschoben werden, so daß
der Stift 14 in die Nut 15 gelangt, wobei der Verschluß durch Drehen des Rohrabschnittes
4a relativ zum Rohrabschnitt 4b bewirkt wird. Die Verschlußstellung ist ebenfalls
in Fig. 2 strichliert dargestellt.
-
Die Blähdichtung 12 kann weitere Durchgänge 16 aufweisen, die zur
Durchführung von Versorgungskabeln für die Pumpe und den Motor dienen. Diese Durchgänge
sind in geeigneter Weise durch Manschetten abgedichtet, wie aus Fig.2 schematisch
ersichtlich.
-
Ublicherweise besitzt das Förderrohr einen Durchmesser von etwa 40
mm und das Schachtrohr einen Durchmesser von etwa 100 mm. Die für den Kiesmantel
eingebrachte Bohrung besitzt einen Durchmesser von etwa 250 mm. Die Blähdichtung
12 kann im Bereich des Ruhewasserstands, also im Bereich der oberen Grenzlinie der
Grundwasser leitenden Schicht 2 angeordnet sein. Eine weitere Anordnungsmöglichkeit
besteht im Bereich des Bodens des sich beim Pumpbetrieb ausgebildeten Senktrichters,
wobei sich der Trichterboden in etwa 2m unterhalb des Ruhewasserstands befindet.