DE3238055A1 - Device for extraction of ground heat from groundwater and/or the ground - Google Patents

Device for extraction of ground heat from groundwater and/or the ground

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DE3238055A1 DE19823238055 DE3238055A DE3238055A1 DE 3238055 A1 DE3238055 A1 DE 3238055A1 DE 19823238055 DE19823238055 DE 19823238055 DE 3238055 A DE3238055 A DE 3238055A DE 3238055 A1 DE3238055 A1 DE 3238055A1
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Klaus Dipl.-Ing. 3008 Garbsen Schimmelpfennig
Herbert 3000 Hannover Vogelsang
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VOGELSANG, HERBERT, 3000 HANNOVER, DE
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Kabel und Metallwerke Gutehoffnungshuette Ag 3000 Hannover
KM Kabelmetal AG
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Abstract

In a device for the extraction of ground heat from groundwater and/or the ground surrounding the groundwater, by means of a probe which is inserted into the ground and serves as heat exchanger and in which a plastic tube is arranged in a corrugated pipe, which tube conducts the intermediate transfer medium into the lower end of the probe, from where it flows upwards into the intermediate space between the plastic tube and the corrugated pipe, the corrugated pipe which is made of metal bears on its outside a thin plastic layer. The lower end of the corrugated pipe is sealed with a shrink-tube which is located both on the end piece and on the lower part of the corrugated pipe. <IMAGE>

Description

Kabel- und MetallwerkeCable and metal works

Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftGutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

M 2-270M 2-270

12. Okt. 1982Oct 12, 1982

Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme aus dem GrundwasserDevice for extracting ground heat from the groundwater

- \
und/oder dem Erdreich ~ - \
and / or the soil ~

Zusatz EU Patent... (Patentanmeldung P 31 15 743)Addition EU patent ... (patent application P 31 15 743)

Das Hauptpatent beschreibt eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme aus dem Grundwasser und/oder dem das Grundwasser umgebenden Erdreich mittels einer senkrecht in den Boden eingeführten Sonde aus ein Zwischenträgermedium führenden Rohren, von denen das oder die mit ihrer äußeren Oberfläche dem Erdreich zugekehrten Rohre an ihrem unteren Ende abgeschlossen sind und dem in geschlossenem Kreislauf umlaufenden Zwischen-The main patent describes a device for removing Soil heat from the groundwater and / or the soil surrounding the groundwater by means of a vertically introduced into the ground Probe consisting of pipes leading to an intermediate carrier medium, of which the one or more pipes with their outer surface are in contact with the ground facing tubes are closed at their lower end and the circulating in a closed circuit intermediate

1.0 trngermedium, wobei der Kreislauf einerseits zur Anordnung unterhalb der Erdoberfläche in Kontakt mit dem Grundwasser und/ oder dem umgebenden Erdreich ausgebildet und andererseits mit der Primärseite einer außerhalb des Erdreiches angeordneten Wärmepumpe verbunden ist, bei der das oder die mit ihrer äußeren Oberfläche dem Erdreich zugekehrten Rohre als unten abgeschlossene Wellrohre ausgebildet sind, in das oder die -von oben ein oder mehrere Glattrohre hineinragen, die im unteren dem Wellrohrabschluß zugekehrten Ende frei münden.1.0 carrier medium, with the circuit on the one hand being arranged below the surface of the earth in contact with the groundwater and / or the surrounding soil and on the other hand with the primary side arranged outside of the soil Heat pump is connected, in which the one or more pipes facing the ground with their outer surface as below Completed corrugated pipes are formed, into the one or more smooth pipes protrude from above, in the lower the end facing the corrugated tube open freely.

Ein wärmetechnisch problemloser Betrieb von Erdsonden ist nur dann möglich, wenn jederzeit ein genügender Wärmezustrom aus der Umgebung der Erdsonde gewährleistet werden kann. Eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit des Erdreiches ist dann gegeben, wenn das Erdreich mit grundwasserführenden Schichten durchsetzt ist.A thermally problem-free operation of geothermal probes is only possible if a sufficient flow of heat from the vicinity of the geothermal probe can be guaranteed at all times. A very The soil has good thermal conductivity when the ground is interspersed with groundwater-bearing layers.

An die Konstruktion von Erdsonden werden eine Reihe von Forderungen gestellt. So sollen die Erdsonden einen geringen Wärmedurchgangswiderstand, geringe Druckverluste, absolute Dichtheit und dauernde Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Darüber hinaus muß die Konstruktion eine möglichst unaufwendige Sondeneinbringung in das Erdreich gestatten.A number of requirements are placed on the construction of geothermal probes posed. The geothermal probes should have a low heat transfer resistance, low pressure loss, and absolute tightness and have permanent corrosion resistance. In addition, the construction must allow the probe to be introduced as inexpensively as possible allow in the ground.

Mit Blickrichtung auf den geringen Wärmedurchgangswiderstand wurden Erdwärmesonden aus Stahlrohren entwickelt, deren Wanddicke 6,3 ram betrug. Bei dieser Konstruktion wurde eine Korrosion bewußt in Kauf genommen, wobei man aus Erfahrungen auf anderen Gebieten einen Materialabtrag von nur 0,1.1 mm/Jahr erhoffte. l With a view to the low thermal resistance, geothermal probes made of steel pipes with a wall thickness of 6.3 ram were developed. In this construction, corrosion was deliberately accepted, although experience in other areas was expected to result in material removal of only 0.1.1 mm / year. l

Bei dem Hauptpatent wird eine Wellrohrsonde aus Edelstahl eingesetzt, deren Wanddicke beispielsweise 0,75 mm beträgt. Daraus resultiert ein relativ geringer Wärmedurchgangswiderstand und aufgrund des Werkstoffs Edelstahl eine relativ hohe Korrosionsbeständigkeit. Infolge der geringen Wanddicke muß nahezu jegliche Korrosion vollkommen ausgeschlossen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einigen Grundwasserarten, insbesondere chloridhaltigen Grundwässern, auch bei Edelstahl eine Korrosion nicht vollkommen auszuschließen ist.In the main patent, a corrugated pipe probe made of stainless steel is used, whose wall thickness is, for example, 0.75 mm. This results in a relatively low thermal resistance and Relatively high corrosion resistance due to the stainless steel material. As a result of the small wall thickness, almost any corrosion must be completely ruled out. It has However, it has been shown that in some types of groundwater, especially chloride-containing groundwater, corrosion also occurs in stainless steel cannot be completely ruled out.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugründe, die Erdsonde nach dem Hauptpatent dahingehend zu ver- * bessern, daß diese vollkommen korrosionsbeständig ist und somit eine hohe Lebensdauer aufweist. Darüber hinaus sollen die wesentlichen Vorteile der Wellrohrerdsonde nicht wesentlich eingeschränkt werden.The present invention is therefore the object of zugründe, improve the ground probe according to the main patent to the effect comparable to * that this is completely corrosion-resistant and thus has a long lifetime. In addition, the essential advantages of the corrugated pipe earth probe should not be significantly restricted.

— 3 —- 3 -

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die aus Metall bestehenden Wellrohre an ihrer Außenseite mit einer dünnen Kunststoffschicht versehen sind, und das untere Ende des Wellrohres mit einem sowohl auf einem Teil des Wellrohres als auch auf dem Abschlußstück aufliegenden Schrumpfschlauch abgedichtet ist. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die Kunststoffbeschichtung ein wesentlich preiswerterer Werkstoff als Edelstahl verwendet werden kann. So ist es denkbar, einen normalen Kohlenstoffstahl zu verwenden bzw. auch Aluminium oder Kupfer können eingesetzt werden. Alle letztgenannten Werkstoffe haben einen geringeren Wärmedurchgangswiderstand als beispielsweise Edelstahl, so daß ein Teil des durch die Kunststoffschicht erhöhten Wärmedurchgangswiderstandes durch den geringeren thermischen Leitwert des Wellrohrmaterials abgebaut werden kann. Am unteren Ende des Wellrohres wird, um auch die Stirnfläche des Wellrohres wirkungsvoll abzudichten, ein Schrumpfschlauch über diese Stii-nf lache gezogen.The object is achieved in that the corrugated pipes made of metal have a thin plastic layer on their outside are provided, and the lower end of the corrugated pipe with a both on a part of the corrugated pipe and on the Closing piece lying on the heat shrink tubing is sealed. The main advantage of the invention can be seen in the fact that the plastic coating makes it much cheaper Material can be used as stainless steel. So it is conceivable to use a normal carbon steel or also Aluminum or copper can be used. All of the latter materials have a lower thermal resistance than, for example, stainless steel, so that part of the increased thermal resistance due to the plastic layer can be reduced due to the lower thermal conductivity of the corrugated pipe material. At the lower end of the corrugated pipe, to also to effectively seal the end face of the corrugated pipe, a shrink tube is pulled over this area.

Mit besonderem Vorteil liegt die Kunststoffschicht mit gleicher Wanddicke direkt auf dem Wellrohr auf. Hierzu eignen sich be-The plastic layer is particularly advantageous Wall thickness directly on the corrugated pipe. Suitable for this are

2.0 sonders sogenannte selbstverschweißende Bänder, die fest auf das Wellrohr aufgewickelt werden. Die Verschweißung kann von selbst erfolgen, jedoch durch Zuführung von Wärme beschleunigt werden. Eine andere Lösung besteht darin, die Kunststoffschicht auf die Wellrohroberfläche aufzuschleudern bzw. aufzuspritzen.2.0 special so-called self-amalgamating tapes that are firmly attached the corrugated pipe can be wound up. The welding can take place automatically, but accelerated by the addition of heat will. Another solution is to add the plastic layer to spin or spray onto the corrugated pipe surface.

Auf diese Weise lassen sich sehr dünne aber wirksame Kunststof f schichten erzeugen. Die Wanddicke der Kunststoffschicht sollte unter Berücksichtigung der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Beanspruchung auf ein Minimum reduziert werden. Sie sollte vorzugsweise dünner als 1 mm sein.In this way, very thin but effective layers of plastic can be produced. The wall thickness of the plastic layer should taking into account the corrosion resistance and the mechanical stress can be reduced to a minimum. It should preferably be thinner than 1 mm.

Als Werkstoff für die Kunststoffschicht eignet sich insbesondere Polyurethan. Dieser Werkstoff zeigt eine hohe Abriebfest igkoit, i\o daß sowohl beim Einbringen der Erdrohrsonde als auch bc· i Ver.sch i.f-ibunqon j in Erdreich eine Beschädigung der Kunststoffschicht nicht zu erwarten ist. Ein weiterer weserit-.Lieber Vorteil dieses Werkstoffs besteht darin, daß er sichPolyurethane is particularly suitable as the material for the plastic layer. This material has a high abrasion resistant igkoit, i \ o is that both can not be expected when introducing the Erdrohrsonde and bc i · IS MODE if-ibunqon j in soil damage to the plastic layer. Another weserit advantage of this material is that it is

leicht durch Sprühen oder Aufspritzen aufbringen läßt. So läßt sich beispielsweise Polyurethan durch ein Lösungsmittel auflösen und die flüssige Lösung auf das Wellrohr in gleicher Wanddicke aufspritzen. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels verbleibt eine festhaftendo Polyurethanschicht, nuf der Oberfläche des Wellrohres.can be easily applied by spraying or spraying on. So lets For example, polyurethane dissolve through a solvent and the liquid solution on the corrugated pipe in the same Spray on the wall thickness. After the solvent has evaporated A firmly adhering polyurethane layer remains on the surface of the corrugated pipe.

Für die Herstellung der kunststoffbeschichteten Wellrohre bewickelt man das längsnahtgeschweißte und gewellte Rohr mittels eines oder mehrerer Tangenti.alspinncr mit seIbstverschweißenden Kunststoffbändern. Zwecks Beschleunigung des Verschweißungsprozesses kann das Rohr durch eine Aufheizvorrichtung geschickt werden. Eine andere Lösung besteht darin, das längsnahtgeschweißte und gewellte Rohr durch eine oder mehrere Sprühdüsen hindurchzuführen und auf das Wellrohr eine Kunststoffmasse zweckmäßigerweise Polyurethan aufzusprühen. Auch hier kann durch Wärmezufuhr der Verdunstungsprozeß des Lösungsmittels beschleunigt werden. Auch lassen sich diese beiden ernannten Verfahren dahingehend kombinieren, daß man zunächst eine Bewicklung auf das Rohr aufbringt und anschließend auf das bewickelte Rohr , eine Kunststoffmasse, beispielsweise Polyurethan, aufsprüht.Wrapped for the production of the plastic-coated corrugated pipes the longitudinally welded and corrugated pipe by means of one or more Tangenti.alspinncr with self-amalgamation Plastic straps. To speed up the welding process the pipe can be sent through a heating device. Another solution is the longitudinally welded and corrugated pipe through one or more spray nozzles through and on the corrugated pipe a plastic compound expediently spray on polyurethane. Here, too, can go through Heat supply accelerates the evaporation process of the solvent. Also these two appointed procedures can be used combine to the effect that you first apply a winding to the pipe and then to the wound pipe, a plastic compound, for example polyurethane, is sprayed on.

Die thermische Leitfähigkeit des Kunststoffes kann zweckmaßigerweise durch Zugabe von Leitstoffen, wie Metallpulver, Graphit oder Ruß erhöht werden.The thermal conductivity of the plastic can expediently can be increased by adding conductive substances such as metal powder, graphite or soot.

Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.The invention is shown schematically on the basis of the figure Exemplary embodiment explained in more detail.

Die Figur zeigt eine Erdsonde, die aus einem gewellten Metall- rohr 10 besteht, welches an seinem unteren Ende durch einen ι eingeschraubton Kunststoffstopfen 17 abgedichtet ist. Im Inneren des Wellrohres 10 ist ein Kunststoffrohr β angeordnet, welches frei mündet, so daß das durch das Kunststoffrohr 8 zugeleitete Wärmoträgermedium in dem Ringspalt zwischen dem Kunststoffrohr 8 und dem Wellrohr 10 auf-steigen kann und dem Erdreich Wärme entziehen kann.The figure shows a geothermal probe made from a corrugated metal tube 10 consists, which is sealed at its lower end by a plastic plug 17 screwed in. Internally of the corrugated pipe 10, a plastic pipe β is arranged, which opens freely, so that the fed through the plastic tube 8 Heat transfer medium in the annular gap between the plastic pipe 8 and the corrugated pipe 10 can rise and the ground Can withdraw heat.

BAD ORiGJNALBAD ORiGJNAL

t Gemäß der Erfindung weist das Wellrohr 10 an seiner äußeren Oberfläche eine Kunst stoff beschichtung 18 auf, deren Wanddicke so bemessen ist, daß die Kunststoffschicht 18 sowohl einem mechanischen als auch einem korrosiven Angriff standhalten kann. Jedoch ist die Dicke der Kunststoffschicht 18 so gering, daß sie der von außen aus dem Erdreich in das Innere des WeIl- t According to the invention, the corrugated tube 10 at its outer surface, a plastic coating 18, the wall thickness thereof is dimensioned such that the plastics layer 18 can withstand both a mechanical and corrosive attack. However, the thickness of the plastic layer 18 is so small that it moves from the outside of the soil into the interior of the

* rohrcs 10 .strömenden Wärme keinen nennenswerten Widerstand* Tubes 10 .flowing heat have no appreciable resistance

* entgegensetzt. Als am zweckmäßigsten hat sich eine Wanddicke* opposed. A wall thickness has proven to be the most appropriate

* von 0,1 bis 0,2 mm erwiesen. Als Kunststoff eignet sich vor-* proven from 0.1 to 0.2 mm. The plastic is primarily

zugsweise Polyurethan, der in gelöster Form in kontinuierlicher Arbeitsweise auf das gewellte Rohr 10 aufgebracht wird- Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels bildet sich auf der Oberfläche des Wellrohres 10 eine gleichmäßig dicke Schicht 18, die fest an der äußeren Oberfläche des Wellrohres 10 anhaftet und einen dichten Überzug bildet. Da die Wellrohrerdsonden erst am Einsatzort auf Länge geschnitten und konfektioniert, d. h. der Stopfen 17 eingeschraubt, die Erdsonde in den Erdboden eingespült und das Kunststoffrohr 8 eingeführt wird, würde trot?, der Kunststoffbeschichtung 18 an dor Stirnfläche 20 des abgelängten WeIlrohrcs ein korrosiver Angriff möglich sein. Um dies auszuschließen, wird vor dam Einbringen der Erdsonde ein Schrumpfschlauch 19 über das Ende gestülpt und aufgeschrumpft, so daß er sowohl am Ende des Wellrohres 10 als'auch auf dem Stopfen 17 aufliegt.preferably polyurethane, which is applied in dissolved form in continuous operation to the corrugated tube 10- After Evaporation of the solvent forms on the surface of the corrugated pipe 10 a uniformly thick layer 18, which is firmly attached to the outer surface of the corrugated pipe 10 adheres and forms a tight coating. Since the corrugated pipe geothermal probes only appear on site Cut to length and made up, d. H. the plug 17 is screwed in, the geothermal probe washed into the ground and the plastic pipe 8 inserted would defy the plastic coating 18 at the end face 20 of the cut to length WeIlrohrcs a corrosive attack may be possible. In order to rule out this, a shrink tube is used before the geothermal probe is inserted 19 put over the end and shrunk so that it both at the end of the corrugated pipe 10 and on the stopper 17 rests.

Claims (10)

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft M 2-270M 2-270 12. Okt. 1982Oct 12, 1982 PatentansprücheClaims (I./ Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme aus dem Grundwasser und/oder dem Grundwasser umgebenden Erdreich mittels einer senkrecht in den Boden eingeführten Sonde aus ein Zwischenträgermedium führenden Rohren, von denen das oder die mit ihrer äußeren Oberfläche dem Erdreich zugekehrten Rohre an ihrem unteren Ende abgeschlossen sind und dem in geschlossenem Kreislauf umlaufenden Zwischenträgermedium, wobei der Kreislauf einerseits zur Anordnung unterhalb der Erdoberfläche in Kontakt mit dem Grundwasser und/oder dem umgebenden Erdreich ausgebildet und andererseits mit der Primärseite einer außerhalb des Erdreiches angeordneten Wärmepumpe verbunden ist, bei der das oder die mit ihrer äußeren Oberfläche dem Erdreich zugekehrten Rohre als unten abgeschlossene Wellrohre ausgebildet sind, in das oder die von oben ein oder mehrere Glattrohre hineinragen, die im unteren dem Wellrohrabschluß zugekehrten Ende frei münden, nach Patent ... (Patentanmeldung P 31 15 743), dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metall(I. / Device for the extraction of heat from the groundwater and / or the soil surrounding the groundwater by means of a probe inserted vertically into the ground from an intermediate carrier medium carrying pipes, of which the pipe or pipes with their outer surface facing the earth are at their lower end are completed and the intermediate carrier medium circulating in a closed circuit, the circuit being designed on the one hand for arrangement below the surface of the earth in contact with the groundwater and / or the surrounding soil and on the other hand being connected to the primary side of a heat pump arranged outside the soil, in which the with their outer surface facing the ground pipes are designed as corrugated pipes closed at the bottom, into which one or more smooth pipes protrude from above, which open freely in the lower end facing the corrugated pipe termination, according to patent ... (patent application P 31 15 743), characterized by that the metal bestehenden Wellrohre (10) an ihrer Außenseite mit einer dünnen Kunststoffschicht (18) versehen sind und das untere Ende des Wellrohres (10) mit einem sowohl auf einem Teil des Wellerohres (10) als auch auf dem Anschlußstück (17) aufliegenden Schrumpfschlauch (19) abgedichtet ist.existing corrugated pipes (10) are provided on their outside with a thin plastic layer (18) and the lower End of the corrugated pipe (10) with a both on a part of the corrugated pipe (10) and on the connecting piece (17) overlying shrink tubing (19) is sealed. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (18) mit gleicher Wanddicke direkt auf dem Wellrohr (10) aufliegt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the plastic layer (18) rests directly on the corrugated pipe (10) with the same wall thickness. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (18) aus selbstverschweißenden Bändern besteht.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the plastic layer (18) consists of self-amalgamating tapes. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (18) auf die Wellrohroberfläche aufgeschleudert bzw. aufgespritzt ist.4. Apparatus according to claim 1 or one of the following, characterized in that the plastic layer (18) is centrifuged or sprayed onto the corrugated pipe surface. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dUiß die Kunststoffschicht (18) höchstens 1,5 mm stark> vorzugsweise dünner als 1,0 mm ist.5. Device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the plastic layer (18) is at most 1.5 mm thick > preferably thinner than 1.0 mm. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (18) aus Polyurethan besteht.6. Apparatus according to claim 1 or one of the following, characterized in that the layer (18) consists of polyurethane. 7. Verfahren zur Herstellung eines Wellrohres für eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das längsnahtgeschwp-.ißte und gewellte Rohr mittels einer oder mehrerer Tangontialspinner mit Kunststoftbändern bewickelt wird.7. A method for producing a corrugated pipe for a device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the longitudinal seam-swept and corrugated pipe is wrapped with plastic bands by means of one or more Tangontialspinner. 8. Verfahren y.xir Herstellung eines Wellrohres für eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem dar folgenden, dadurch gekenn /,o i chnot, daß das 1 änqsnahtcjcschweä ßte und gewellte Rohr durch eine oder mehrere Sprüluliison hi ndurchcjoführt und auf da.'·, Wellrohr eine Kunsttitoi f mn.sso aufcjcspruht wird.8. Method y.xir production of a corrugated pipe for a device according to claim 1 or one of the following, characterized ge kenn /, oi ch not that the 1 änqsnahtcjcschweä ßte and corrugated pipe through one or more spray lines through and on there. , Corrugated pipe an artificial touch for mn.sso is sprayed on. BAD ORIGINALBATH ORIGINAL 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Bewicklung auf das Rohr aufgebracht und anschließend auf das bewickelte Rohr eine Kunststoffmasse aufgesprüht wird,9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that first a winding is applied to the pipe and then a plastic compound is sprayed onto the wound pipe, 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eiuf das Wellrohr eine die Wellentäler zumindest teilweise ausfällende dauerelastische Masse von guter Wärmeleitfähigkeit aufgetragen und auf die Wellenberge und die Masse möglichst ohne LufLeinschlüsse eine Kunststoffschicht aufextrudiert wird.10. The method according to claim 7 or one of the following, characterized in that a permanently elastic mass of good thermal conductivity which at least partially precipitates the corrugation troughs is applied to the corrugated pipe and a plastic layer is extruded onto the corrugation peaks and the mass, if possible without air inclusions.
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