EP2217868A1 - Erdwärmesonde aus vernetztem polymermaterial - Google Patents

Erdwärmesonde aus vernetztem polymermaterial

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EP2217868A1
EP2217868A1 EP08858664A EP08858664A EP2217868A1 EP 2217868 A1 EP2217868 A1 EP 2217868A1 EP 08858664 A EP08858664 A EP 08858664A EP 08858664 A EP08858664 A EP 08858664A EP 2217868 A1 EP2217868 A1 EP 2217868A1
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tube
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geothermal
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Volker Liebel
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Rehau Automotive SE and Co KG
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Rehau AG and Co
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the invention relates to a geothermal probe made of a crosslinked polymer material and a device for geothermal energy production with such a geothermal probe, and a device for geothermal energy storage with such a geothermal probe.
  • Geothermal probes made of uncrosslinked polyethylene e.g. made of PE100, PE-RT or PE-RC, and of cross-linked polyethylene (PE-Xa).
  • Geothermal probes made of PE100 can be operated only up to temperatures of about 40 0 C and are only limited stress cracking and thus not pressure resistant puncture resistant, ie they are mandatory to lay in a sand bed.
  • geothermal probes made of PE-RT can be operated at temperatures up to about 80 C C, but are limited stress cracking and thus as a pressure tube also not point load resistance.
  • Geothermal probes made of PE-RC can only be operated up to temperatures of about 40 "C.
  • Geothermal probes made of PE-Xa can indeed be operated up to temperatures of about 95 0 C and are fully stress cracking resistant and thus puncture resistant as a pressure tube, but can not be welded with a polymeric probe foot.
  • the object of the present invention is therefore to provide a geothermal probe which overcomes the disadvantages of the known prior art and in particular allows a molded part to be welded to a tube as a probe foot, the crosslinking of the polymer material ensuring the outstanding mechanical and thermal properties should.
  • geothermal probes which consist of at least two approximately mutually parallel extending polymeric tubes which are provided at one end with a welded molded part, wherein at least one tube and the molded part are crosslinked.
  • Such tubes can be produced, for example, by forming silane-crosslinkable polymer material, in particular polyethylene, into tubes and molded parts. They crosslink slowly after production and are welded together before reaching a critical degree of crosslinking.
  • the critical degree of crosslinking is in the range of max. 35%.
  • the still to be carried out after the welding of pipes and So ⁇ denfuß networking can be carried out or accelerated by means of elevated temperature under the influence of water vapor.
  • the resulting so-called silane-crosslinked polyethylene (PE-Xb) is particularly resistant and therefore preferably suitable for the production of geothermal probes.
  • geothermal probes according to the invention can be prepared by first geothermal probes are made of uncrosslinked polyethylene pipes and fittings with each other by means of welding, and this assembly is then crosslinked by radiation.
  • the radiation cross-linked polyethylene (PE-Xc) is particularly well suited for the production of geothermal probes.
  • geothermal probes Two types of such geothermal probes are possible:
  • Tube with a lumen whose diameter is greater than the diameter of a second tube is provided, and the second tube is positioned in the lumen of the first tube.
  • the geothermal probe, the molded part and the first tube are grounded.
  • Such a geothermal probe has a higher heat transfer performance, but is more expensive in the production and installation.
  • the invention also relates to an embodiment in which the tube and / or the molded part has layer-shaped walls, in particular with inner, outer or intermediate layers.
  • These layers can include primer layers, scuff layers, heat conducting layers, heat insulating layers, diffusion barrier layers, marking layers, slip layers, inspection layers, leakage detection layers, and others.
  • the tube which is not earthed, may be at least partially foamed.
  • the tube, which is not earthed, is crosslinked.
  • Fig. 1 shows a cross section through a geothermal probe with two approximately parallel tubes, which are connected by a molding at one end;
  • Fig. 2 shows a cross section through a geothermal probe with two tubes arranged approximately parallel, with an inner tube positioned in the outer tube, with a molding closing the outer tube at one end.
  • a geothermal probe (1) which consists of two parallel to each other duri fenden pipes (2.1, 2.2), at the lower end of a two parts (3.1, 3.2) joined molded part is welded.
  • the tubes and the molded parts consist of silane-crosslinked polyethylene (PE-Xb).
  • the two tubes (2.1, 2.2) can optionally be used as each forward and return a geothermal heat recovery device.
  • a geothermal probe (1) is shown, which also consists of two parallel to each other extending tubes (2.1, 2.2), wherein the tube (2.2) in the interior of the tube (2.1) is arranged.
  • a molded part (3) is welded.
  • the tube (2.1) and the molded part (3) consist of radiation-crosslinked polyethylene (PE-Xc).
  • the tube (2.2) consist of cross-linked polyethylene.
  • the tube can be used as a flow or in the heat removal, the pipe 2.2 as a flow during the heat input advantageous.
  • the geothermal heat generating device is characterized in that it comprises at least one geothermal probe according to the aforementioned disclosure.
  • the geothermal storage device is characterized in that it comprises at least one geothermal probe according to the aforementioned disclosure.
  • heat energy is introduced into the environment of the built-in probe by means of the geothermal probe according to the invention in order to store it there locally and for a limited time.

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Abstract

Die 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, zeichnet sich gemäß vorliegender Erfindung dadurch aus, dass zumindest das erdberührte Rohr mit dem Formteil verschweißt und vernetzt ist.

Description

Erdwärmesonde aus vernetzten! Polymermaterial
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 0C 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 CC 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 0C 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 Soηdenfuß noch vorzunehmende Vernetzung kann mittels erhöhter Temperatur unter Wasserdampfeinfluss durchgeführt bzw. beschleunigt werden. Das resultierende sogenannte silan-vernetzte Polyethylen (PE-Xb) ist besonders wider- standsfähig 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 Be- Strahlung vernetzt wird.
Hierzu eignet sich in erster Linie das Elektronenstrahlvernetzen.
Es sind aber auch andere Strahlungsvemetzungstechniken 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 erd- berührt. 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, Gleit- schichten, 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:
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Erdwärmesonde mit zwei annähernd parallel angeordneten Rohren, die durch ein Formteil an einem Ende verbunden sind;
Fig. 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 Fig. 1 ist eine Erdwärmesonde (1) dargestellt, die aus zwei parallel zu einander verlau- fenden 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 Fig. 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.
- Schutzansprüche

Claims

Schutzansprüche
1. Erdwärmesonde (1), bestehend aus wenigstens zwei wenigstens abschnittsweise parallel verlaufenden polymeren Rohren (2.1 , 2.2) sowie einem aus gleichartigem Ma- terial 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 vernetzten! 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, Inspekti- onsschichten, 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.
EP08858664A 2007-12-11 2008-12-09 Erdwärmesonde aus vernetztem polymermaterial Ceased EP2217868A1 (de)

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