EP2281154A2 - Modular aufgebauter sondenfuss und seine komponenten - Google Patents

Modular aufgebauter sondenfuss und seine komponenten

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Publication number
EP2281154A2
EP2281154A2 EP09733958A EP09733958A EP2281154A2 EP 2281154 A2 EP2281154 A2 EP 2281154A2 EP 09733958 A EP09733958 A EP 09733958A EP 09733958 A EP09733958 A EP 09733958A EP 2281154 A2 EP2281154 A2 EP 2281154A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
probe
probe foot
foot
base
adapter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09733958A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rigo Lichtblau
Fabian Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friatec AG
Original Assignee
Friatec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Friatec AG filed Critical Friatec AG
Publication of EP2281154A2 publication Critical patent/EP2281154A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the invention relates to a modular probe foot of a geothermal probe and its components.
  • Geothermal probes are used to exploit geothermal energy as a heat exchanger in the ground.
  • a liquid medium is led via at least one inlet pipe to the probe foot, deflected there and guided over a return pipe out. The deflection takes place via a U-shape in the probe foot according to the following principles:
  • the deflection at the probe foot is not only the mechanically most heavily loaded component of a geothermal probe, it is also the most demanding aerodynamic part of the probe foot.
  • This probe foot is to be used in geothermal probes designed according to a wide variety of principles, for example in single-circuit geothermal probes as well as in dual-circuit geothermal probes which are surface-optimized, and should include options for optionally being equipped for leak monitoring and for use in combination with setting weights.
  • a probe foot is constructed modularly, wherein the deflection is housed in an identical for all probe feet of a nominal size component, namely a probe foot base, and thus can be optimized fluidically, with only one mold is needed.
  • the adaptation to the specific construction situation and applications then succeeds with the help of adapters.
  • a probe base for the probe foot of a geothermal probe which includes the deflection of a medium inlet to a medium return, designed so that a receptacle is provided for an adapter, in which the media inlet and the media return open separately.
  • the bottom part of the probe base has on its outer side a form-fitting surface with elevations and / or depressions which are arranged and designed in such a way that a structurally identical bottom part of the probe base with its form-fitting surface can be laid on the form-fit surface substantially precisely and thus a displacement of the two Probe bottom parts is prevented in the plane of the positive surface relative to each other.
  • a single probe foot base according to the present invention thus forms the basis for a single-circuit geothermal probe, two adjacent probe feet lower parts form the basis for a two-circuit geothermal probe.
  • About the positive connection of the same probe foot bases is a shift to each other is no longer possible.
  • a fuse can be made via an additional retaining ring surrounding both probe base parts.
  • the shape of the bottom of the probe base allows the setting of the setting weight with retaining ring contour in a single-circuit geothermal probe.
  • the bottom part of the probe foot is pushed further into the retaining ring contour, which further leads to a centering of the single-circuit geothermal probe in the set weight.
  • the introduction of the retaining ring contour in a set weight leads to a compact unit of setting weight and probe foot, which can have a positive effect on the removal.
  • the assembly takes place on site or in the factory during assembly of the probes.
  • Two-circuit geothermal probes also referred to as duplex probes, are known, for example, from WO 2006/100014 A1.
  • duplex probes are known, for example, from WO 2006/100014 A1.
  • the individual probe end pieces described there are also geometrically intertwined, they are not identical. They are secured together by means of a bolt or a screw.
  • the form-fitting surface should extend substantially over the height and / or across the width of the probe foot base.
  • the contour of the positive-locking surface is substantially rectangular.
  • the positive-locking surface has at least two elevations and / or depressions diametrically arranged with respect to a center of the positive-locking surface, which contact in the center according to a particular embodiment.
  • an impact protection is provided below the receptacle, which may have a rib structure and / or may be formed from other damping materials, such as foam.
  • Foamed polyurethane is particularly suitable as foam since it is pulse-damping but can also push away smaller obstacles, as described in WO 2006/100014 A1.
  • a continuous bore is furthermore provided, by means of which a setting weight and / or a holder for a push rod or the like is to be attached.
  • the receptacle has at least one positioning element which clearly defines the position of the adapter.
  • This can be designed as nose, rib, gutter, indentation or the like, a complementary feature can be found on the adapter.
  • the recording is further adapted to the respective joining method with which the adapter is to be connected to the respective bottom of the probe foot. So it can have cylindrical areas for the electric welding.
  • the receptacle for the gapless laser welding may be conical.
  • the bottom part of the probe base has the contour of the deflection and thus decisively determines the flow properties. Due to the largely open U-shape without undercut, it is possible with simple means, such as core adjustments, mechanical processing, etc., to optimize this outer surface fluidically. By introducing special shapes, for example flow obstacles, a turbulent or laminar flow can be generated in the bottom part of the probe base, which continues into the medium return and promotes good heat transfer to the medium.
  • the installation space is reduced to a minimum. This is advantageously promoted by the shape in particular of the probe foot base. Thus, its width in the area of the impact protection is lower than in the area of the recording. Thus, there is sufficient space for the escape of air and sediment at the probe foot in the borehole during the introduction of the geothermal probe.
  • the cross-sectional area of the probe foot lower part is preferably substantially oval, semi-oval or rectangular, wherein the length of the main axis of the cross-section is approximately equal to twice the length of the minor axis.
  • the bottom part of the probe foot can have a substantially semicircular groove running through in the vertical direction into which a receiving linkage for a push linkage, such as setting weights, is to be inserted.
  • the groove may have radially projecting paragraphs, which introduce the forces occurring at the receiving link evenly in the probe foot lower part.
  • the recording linkage is continuous, and abruptly occurring forces during impact and the forces through the sentence one Push rods are diverted directly into a set weight or into the soil, without burdening the probe foot.
  • an adapter is placed in and connected to the receptacle of the probe foot base.
  • probe feet for simple single-circuit or dual-circuit geothermal probes area-optimized single-circuit or dual-circuit geothermal probes with several tubes, as well as for probes with filling tube support can be formed.
  • the adapter has an insert on which a double sleeve is applied, wherein in each case a sleeve cup for the media inlet and a sleeve cup for the media return is provided.
  • Each socket cup of the double socket can be provided with a heating coil for the connection of pipes. It is particularly preferred to guide the heating coil from a socket cup into the second socket cup via an overlapping region in which the socket cups adjoin one another.
  • the adapter has an insert on which a double sleeve for the media inlet and a sleeve cup for the media return are applied.
  • the flow direction can be operated in the opposite direction, this allows adaptation of the heat input or heat discharge surfaces depending on the operating mode of the geothermal probe.
  • the double sleeve may be provided with a connected heating coil, so that a simultaneous welding of the inlet pipes is possible.
  • the sleeve cup for the media return can also have a heating coil, which is to apply separately with energy.
  • the adapter has a holder for a filling pipe, wherein the filling pipe serves for introducing the required borehole filling and can be positioned in a defined manner.
  • the socket cups have a cylindrical shoulder on the mouth of the cup for covering a possibly existing protective tube approach, which results in the preparation of a pipe with protective jacket for welding. Through this integrated heel the protection of the pipe is guaranteed also over the pipe ends and in the welding zone.
  • Probe base parts and adapters are preferably made of thermally conductive plastic, for example uncrosslinked or crosslinked! Polyethylene suitable strength classes, such as PE 100, PE 112 or PE 125, PEX or polypropylene produced and can thus be produced by injection molding. This makes it possible to produce probe feet for different pressure levels by simple changes in the injection core diameter and thus the wall thicknesses.
  • probe feet suspension options such as eyelets, hooks and the like, on.
  • the known setting weights usually consist of a cylindrical solid rod made of steel, which has a corresponding receptacle for hanging on the probe foot.
  • the introduction of the probe is considerably simplified if the leading portion of the probe forms a rigid unit. Therefore, in practice, an approximately 1.5 m long rod, which is usually made of steel, is fixed directly to the probe foot between the probe tubes, thus providing the desired stiffening.
  • the invention now provides setting weights with which an improved and safer rigid connection to the probe foot is possible. For this, a positive connection of the setting weight to the probe foot is ensured by the setting weight having a receiving tube into which the probe foot is to be inserted. This creates a rigid unit that facilitates the insertion of the probe into the wellbore. Furthermore, a tilting of the setting weight to the probe foot is no longer possible, which in turn prevents jamming of setting weight and probe foot in the borehole. At the same time, an additional protection of the probe foot is ensured, on the one hand by the covering by the receiving tube, in the further by the setting weight itself.
  • the setting weight itself is preferably made of a thin outer layer, which may consist of plastic according to a preferred embodiment.
  • a receiving tube is introduced, which is firmly connected to the thin outer layer. This connection can be done by a backfilling of the gap, but also via a welded joint.
  • the inner diameter of the receiving tube preferably corresponds to the outer diameter of the probe foot base or of the adjoining probe base parts, depending on whether a single circuit or a two-circuit geothermal probe is being set up should. A version made entirely of steel is also possible.
  • the probe foot directly into the setting weight, thus ensuring a stable, tilt-proof connection.
  • this can be inserted correspondingly deep into the receiving tube, regardless of whether a single-circuit or a two-circuit heating probe is set up.
  • a bore is provided in the bottom of the probe foot or lower portion of a conventional probe foot, which can now be used to insert a corresponding pin passed through the probe foot base and set weight, a unit of these two components form.
  • the receiving tube can also be provided to provide the receiving tube with two or more holes, which have a different distance, so that different Principalsfor- a probe foot can be adjusted, for example, for the single-circuit or dual-circuit design.
  • the setting weight can be formed conically at its end opposite the probe foot, the setting weight to displace any obstacles in the well easier or to circumvent.
  • any number of setting weights can be rigidly connected in series with this principle by using intermediate pieces in which an inner diameter at the end corresponds to the outer diameter of the receiving tube, wherein the outer diameter should correspond at most to the outer diameter of the outer layer of the setting weight main body.
  • a probe foot such as that described above, is inserted and pinned into the receiving tube of an adapter seating weight.
  • an intermediate piece is pushed and pinned, whereupon a further adapter setting weight inserted and can also be pinned.
  • Other adapter setting weights can be placed and pinned accordingly with spacers.
  • the final set weight is fixed.
  • the entire set of setting weights could also be installed in a correspondingly long "intermediate piece", ie a cap sleeve.
  • any desired unit can be constructed from setting weights.
  • the weight of the individual components can be adjusted by filling the bodies with appropriate material, such as iron or barite. It turned out to be advantageous provides this filling with concrete to shed and thus ensure the fate of the filling in the mold and the stabilization of any existing imprints. An execution with other materials, such as steel, reinforced concrete, etc., is also possible.
  • the outer layer of plastic acts as a damping element, which is particularly advantageous when transporting the weights.
  • damage to the probe foot is excluded by any hard edges.
  • Pipe systems are present in the market which, with the aid of a continuous conductive layer, for example of aluminum, can detect a violation of an outer protective layer by monitoring the electrical potential.
  • a tube is usually constructed as a three-layer tube, consisting of the pressure tube as the inner layer, the monitoring layer and the already mentioned outer protective layer.
  • a probe foot is needed which can make a tight electrical connection of two or more conductive layers.
  • the invention provides for probe feet, for example those described above, to provide a further joining zone per tube end.
  • the outer protective layer is tightly welded to the probe body.
  • the conductive middle layer is contacted.
  • another contact of one or more protective layers can be short-circuited. This short circuit of the protective layers generates an electrical monitoring circuit necessary for the leakage monitoring.
  • the spring property can be ensured by the shape and a correspondingly selected material of the contact element. Also, an embodiment is conceivable in which a separate spring is provided.
  • Figure Ia is a perspective view of a probe foot base according to the present invention.
  • FIG. 1 b shows a perspective view of the probe foot lower part from FIG. 1, in which the positive-locking surface can be seen;
  • FIG. 1 c shows a perspective view of the receiving link
  • Figure Id is a perspective view of the probe foot base with an inserted recording linkage
  • Figure 2a is a perspective view of two probe base parts according to the present invention, which are arranged to construct a probe foot of a two-circuit geothermal probe;
  • FIG. 2b shows a perspective view of the assembled probe base parts from FIG. 2a;
  • 3a shows a perspective view of an adapter for the probe foot of a single-circle geothermal probe
  • 3b shows a perspective view of an adapter for the probe foot of a single-circle geothermal probe with area optimization
  • Figure 3c is a perspective view of an adapter with Ver pressurellrohrhalter
  • Figure 4a is a perspective view of a probe foot according to the present invention for a single-circuit geothermal probe
  • Figure 4b is a perspective view of an optimized probe foot for a single-circuit geothermal probe
  • Figure 5a is a perspective view of a probe foot according to the present invention for a two-circuit geothermal probe
  • Figure 5b is a perspective view of an optimized probe foot of a dual-circuit geothermal probe
  • Figure 6a is a perspective view of a probe base for a single-circuit geothermal probe and an end-setting weight according to the present invention
  • Figure 6b the interconnected components of Figure 6a in perspective view
  • Figure 7a is a perspective view of a probe foot of a dual-circuit geothermal probe and a final setting weight according to the present invention
  • FIG. 7b is a perspective view of the assembled components of FIG. 7a;
  • Figure 8 is a perspective view of an adapter-setting weight according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of an adapter setting weight and an end setting
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a piping system enabling leakage monitoring
  • Figure 11 is a perspective view of a probe foot base with an additional joining zone for the protective layer of a pipe system according to Figure 9;
  • FIG. 12 is a sectional view and a perspective view, respectively, of leakage monitoring piping systems to be inserted into a probe base, for example according to the present invention, together with detailed views illustrating the location of a contact element;
  • FIG. 13 shows the insertion of a pipe system over the contact area of the joining zone for the pressure pipe, the installation of the contact element being shown on the conductive layer;
  • FIG. 14 shows the introduction of the second pipe system beyond the joining zone for the protective pipe, so that now the contact element establishes the connection between the conductive layer of the first pipe system and the second pipe system;
  • FIG. 15 shows a probe foot for a two-circuit geothermal probe in area-optimized design with adjoining pipelines
  • FIG. 16 shows a probe foot for a two-circuit geothermal probe in area-optimized design with partially illustrated, subsequent piping;
  • FIG. 17 shows an example of a probe foot for a two-circuit geothermal probe in surface-optimized design with subsequent piping designed for optimum efficiency.
  • FIG. 1a shows a probe base 10 according to the present invention, which forms the basis for the construction of a probe foot of a geothermal probe.
  • the probe base 10 has a substantially parallelepiped-like structure, in the upper region of a receptacle 12 is provided for an adapter.
  • the probe foot lower part 10 tapers from the receptacle 12 to form an impact protector 14, which extends approximately over half the height of the probe foot lower part 10.
  • the impact protector 14 consists of a plurality of horizontally extending ribs 16 and a plurality of vertically extending ribs 18, which together form a structure which not only allows the safe insertion of the probe foot under harsh site conditions, but also blows, which by introducing the probe caused by the set weight or scree and the like, compensated.
  • a semi-annular collar 26 is provided, the function of which will be explained in more detail in connection with FIGS. 5a and 5b.
  • deflectors 15 On the transition region of the receptacle 12 and the half-collar 26 are deflectors 15 which the pressure range of the deflection of the probe foot during insertion protect and divert possible disabilities.
  • a transverse through bore 20 In the central region of the impact protection of the probe foot base 10 is a transverse through bore 20, can be fixed in the setting weights, receiving linkage or a special holder for a push rod.
  • snap hooks 19 At the end of the probe foot lower part snap hooks 19 are mounted on both sides whose function in connection with the figures 5a and 5b is also explained in more detail
  • FIG. 1b shows the probe foot lower part 10 of FIG. 1a in a perspective view, in which details of the receptacle 12 for an adapter and a form-locking surface 30 can be better seen.
  • the oval receptacle 12 has on its inside a nose 22, which clearly defines the position of the adapter to be used.
  • the inner surfaces of the receptacle 12 may be prepared, for example, for the Schuetzlsch resumeen.
  • the positive-locking surface 30 is located on the side of the probe foot lower part 10 opposite the impact protector 14.
  • the positive-fit surface 30 is divided into four rectangular regions 32, 34, 36, 38, the regions 32, 38 being located opposite the regions 34, 36 the regions 34, 36 form cuboid elevations from the plane defined by the regions 32, 38.
  • the elevations 34, 36 and the recesses 32, 38 are provided for reasons of material savings with a hole structure.
  • the illustrated embodiment shows two with respect to the center of the form-fitting surface diametrically opposite elevations 34, 36 and depressions 32, 38 which lie in the center together.
  • a structurally identical probe foot lower part with its form-fitting surface is fitted accurately and move safe.
  • a substantially semicircular groove 40 is further formed, in which a plurality of radially projecting shoulders 42 projects.
  • a circular omission 45 is introduced, which receives the rotation of the receiving link 50.
  • Figure Ic shows a continuous receiving linkage 50.
  • the receiving linkage 50 has a plurality of retaining grooves 52, which allow a uniform division of the resulting forces by push rod and setting weight in the probe foot.
  • a receptacle 54 is provided for a push rod, which is a thread for receiving an adapter or the adapter itself depending on the version.
  • a receptacle 56 is provided for a set weight, which is designed as a thread, hook or eye.
  • a disc 57 In the lower region of the receiving link 50 is a disc 57, which is fixedly connected to the linkage and represents an anti-rotation.
  • fasteners for weight or push rods can be used without removing the receiving rod 50.
  • the receiving rod 50 can be securely connected to the probe base 10 via the disc with the aid of a fastening element.
  • Figure Id shows how in this groove 40, a continuous receiving linkage 50 is inserted.
  • the receiving rod 50 has a plurality of retaining grooves 52 which correspond to the radially projecting shoulders 42 in the groove 40 ( Figure Ib).
  • FIG. 2a shows how two probe base parts 10, 10 'are assembled to form a probe base of a probe foot for a two-circuit geothermal probe.
  • the form-fitting surfaces 30, 30 ' correspond exactly.
  • the linkage 50 inserted into the retaining grooves 40, 40 ' is held by the form-locking surfaces 30, 30'.
  • the positive connection prevents displacement of the two probe base parts 10, 10 'against each other.
  • FIG. 2b The two probe base parts 10, 10 'are secured together by an additional retaining ring, described in connection with FIGS. 5a and 5b, which is placed around the two probe base parts 10, 10'.
  • Figure 2b also shows more clearly the embodiment of the receptacle 12 with extending in the height direction of the nose 22 and a sleeve collar 24, which is designed as a circumferential contact surface for the adapter in a defined insertion depth of the receptacle 12.
  • the half-collar 26 on the bottom part of the probe base 10 has its correspondence in a half-round collar 26 'on the bottom part of the probe foot 10' added to a collar on which a retaining ring 80 ( Figures 5a, 5b) comes to rest.
  • FIG. 3a shows a perspective view of an adapter 60 to be inserted into the receptacle 12 (FIG. 1a) of a probe base 10 according to the present invention.
  • the adapter 60 has an insert piece 62, which in its outer contours corresponds to the inner contours of the receptacle 12.
  • the insert 62 includes a recess in which the nose 22 of the receptacle 12 engages.
  • On the insert 62 sits a double sleeve with two sleeve cups 63, 64, which receive the tubes for the media inlet and media return.
  • the tubes can be connected inextricably and fluid-tight manner with the double sleeve 63, 64, for example by means of the electrofusion welding technique.
  • the possibly provided heating coil are welded via contacts 65, 66 which extend in the axial direction in order to generate no additional interference surfaces in the direction of insertion.
  • the double sleeve 63, 64 preferably shows a shoulder in the respective sleeve cup into which protective tube layers can optionally be accommodated. This overlap ensures protection of the media pipe even in the welding zone.
  • the result of the optimized deflection in the bottom part of the probe base 10 is that the double sleeve 63, 64 brings the tube ends together at a spatial minimum so that the corresponding sleeve cups abut one another in the middle region.
  • an area is created in which the two heating coils of the welding zones in the double sleeve can be connected in the upper, non-pressure-loaded area by means of a connecting groove 69.
  • Figure 3b shows an adapter for a probe foot of a single-circuit geothermal probe, which is surface optimized, namely in that for receiving the media tubes, a triple sleeve is provided, consisting of a double sleeve 73, 74 with a smaller inner diameter for the media feed / return and a sleeve cup 75 is formed with a larger inner diameter for the media return / flow and is arranged on an insert.
  • This design optimizes the surface, which contributes significantly to heat transfer. By distributing the volume flow from a pipe into two or more pipes with the same or a similar total flow area, but with different pipe diameters, the peripheral area and thus the heat exchange area are drastically increased, so that the efficiency of the geothermal probe increases.
  • All sleeve cups 73, 74, 75 may be provided with heating coils, wherein the leadership of the heating wires in the double sleeve 73, 74 may be analogous to that described for the double sleeve 63, 64 in Figure 3a.
  • the pipes for the media feed can be welded together, a separate weld for the pipe for the media return is required.
  • the contacts 76, 77 and 78, 79 are guided in the axial direction, so that no additional interference surfaces are generated.
  • FIG. 3c shows a variant of an adapter in which a cup 68, partially or completely opened, with integrated holding device, for example a heating coil, is attached to the double sleeve 63, 64.
  • integrated holding device for example a heating coil
  • FIG. 4 a shows a probe foot for a single-circuit geothermal probe, which has been produced by combining a probe foot lower part according to FIG. 1 a with an adapter 60 according to FIG. 3 a.
  • the adapter is placed with its insert 62 in the receptacle 12 of the probe base 10 and connected there with this, for example by Schuetzlsch bulken, heating element socket welding or laser welding.
  • the probe foot 10 can then be equipped as usual with the receiving rod 50 and set weights.
  • FIG. 4b shows the variant in which an adapter 70 according to FIG. 3b is inserted into the bottom part of the probe foot according to FIG.
  • FIG. 5a shows a probe foot of a two-circuit geothermal probe, in which first two single-circle geothermal probes according to FIG. 4a are joined together, as shown in FIG. 2b.
  • the probe base parts 10, 10 ' which include a receiving linkage 50 between them, are secured by means of a retaining ring 80, which is placed in the region of the impact protection 14 around the probe base parts 10, 10'.
  • a retaining ring 80 By means of suitable snap hook 19 unintentional stripping of the retaining ring 80 is prevented. Since the joining direction of the retaining ring 80 is in the insertion direction of the probe foot, the retaining ring 80 is pressed into the solidly executed end position. Thus, the retaining ring 80 acts as an additional protective tube.
  • FIG. 5b shows the variant in which two single-circuit geothermal probes according to FIG. 4b are combined. are added.
  • the resulting surface-optimized two-circuit geothermal probe it is possible to unite the two media tubes in the sleeve cups 75 and 75 'above the probe foot to form a tube by means of a Y-piece and to further improve the area ratios and costs. Further details on the area optimization of the further from the probe foot pipe plant are described in connection with Figures 15 to 17.
  • FIG. 6a shows an end setting weight which is used here together with a probe foot according to the embodiment, for example according to FIG. 4a.
  • the probe foot has a receptacle 102 which is designed such that at least a lower region of the probe base can be used.
  • the probe foot can then be fixed by means of a pin (not shown), which is provided by bores in the final setting weight 100 or in the probe foot.
  • the end 104 of the end-setting element opposite the receiving tube 102 is conically shaped.
  • FIG. 6b shows the components in the assembled state.
  • FIG. 7a shows a corresponding illustration for a single-circuit probe system, which is designed, for example, according to FIG. 5a. Again, the probe foot is simply inserted into the receptacle 102 of the end insertion weight 100. Since the single-circuit probe system is centered in the rear area of the bottom of the probe foot in the setting weight absorption, the weight is fixed at the lower hole.
  • FIG. 7b shows the component in the assembled state.
  • Figure 8 is a perspective view of an adapter set weight 100 'according to the present invention.
  • the receiving tube 102 opposite end 106 is formed such that it can be inserted via an intermediate piece in the receiving tube 102 of a further adapter setting weight or a final setting weight.
  • FIG. 10 shows in a longitudinal sectional view the structure of a pipe system which is suitable for leakage monitoring.
  • An internal pressure tube 200 is surrounded by a conductive layer 202, which may be made of aluminum, for example.
  • This conductive layer 200 is protected by a plastic protective layer 204.
  • Figure 11 shows an adapter according to Fig. 3a, which has been adapted to receive a pipe system according to the figure 10.
  • a joining zone 210 for the pressure tube 200 a joining zone 212 for the protective layer is provided in each sleeve cup.
  • the joining zones 210 and 212 are separated by a step or step 216. This overlap ensures protection of the media pipe even in the joining zone / welding zone.
  • the area between the media inlet and the media return is bridged by a contact element 214.
  • FIGS. 12 to 14 show a sequence of steps with which the prerequisites for leakage monitoring in a geothermal probe system are created.
  • media feed / media return pipe systems 200, 200 ' are prepared by partially removing the protective layer 204 so that the conductive layer 202 is exposed (see also Fig. 10) and inserted into an adapter, for example as shown in Fig. 11 .
  • leakage monitoring can also be used with other probe feet, provided that they offer the possibility that the protective layer and the pressure tube can be connected reliably.
  • one of the tube systems 200, 200 ' either for the media inlet or for the media return, inserted so far into the corresponding adapter opening or the opening of another probe foot that the contact element 214 contacts the conductive layer 202.
  • FIG. 15 shows a probe foot according to FIG. 5b with connected tube plant.
  • the surfaces that are decisive contribute to the heat emission or heat input be optimized. This is done by distributing the volume flow from one pipe to two or more pipes that have the same or a similar total flow area as the outlet pipe but have different pipe diameters. Due to the small pipe diameter, the circumferential area of the pipes and thus the heat exchange surface are drastically increased, so that the efficiency of the geothermal probe increases. Depending on the desired mode of action - cooling or heating - the flow direction can be adjusted.
  • Figure 15 shows a probe foot according to Figure 5b, in which the adapters 70, 70 'are each designed so that they two tubes 310, 312; 310 ', 312', whose diameter is smaller compared to a third tube 314, 314 ', which is also received in the adapter, the radius being selected so that the sum of the cross-sectional areas of the tubes 310, 312; 310 ', 312' is equal to or approximately equal to the cross-sectional area of the tubes 314; 314 'is.
  • FIG. 5b A solution compatible with the principles of the present invention is shown in FIG.
  • a probe foot 300 according to FIG. 5b is used in surface-optimized design.
  • the tubes 314, 314' are led out with a large cross-section.
  • a standard Y-piece 320 known, for example, from EP 1 036 974 B1 is used, which merges the two tubes 314, 314 'with a large cross-section to a further-extending tube 322 with a correspondingly enlarged cross-section.
  • This simple design the surface ratios of flow / return can be optimized, further can be dispensed with a (continuing) pipe, which reduces the cost and effort in the introduction of the geothermal probe.
  • FIG. 17 shows the completely constructed geothermal probe, in which, in addition to the pipes 314, 314 'with a large cross-section, which continue to be used as a pipe 322 via the integrated Y-piece 320. are guided, including the tubes 310, 312; 310 ', 312' are connected to the probe foot 300 with a smaller cross-section via the adapters 70, 70 '.
  • the present invention provides numerous variants of a probe foot available, which can be assembled on site or factory without tools. Due to the "modular system", the probe foot can be provided with the appropriate adapter piece as a transition, depending on the application and intended use.
  • the set weights and leakage monitoring may also be used with probe feet other than those described herein, optionally after adjustments have been made thereto.

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Abstract

Ein Sondenfuß-Unterteil für den Sondenfuß einer Erdwärmesonde, welches die Umlenkung von einem Medienzulauf zu einem Medienrücklauf enthält und welches eine Aufnahme für einen Adapter aufweist, in die der Medienzulauf und der Medienrücklauf getrennt voneinander münden, sowie ein entsprechender Adapter werden offenbart. Als weitere Komponenten für einen Sondenfuß werden Setzgewichte und Maßnahmen für die Leckageüberwachung beschrieben.

Description

Modular aufgebauter Sondenfuß und seine Komponenten
Die Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Sondenfuß einer Erdwärmesonde und seine Komponenten.
Erdwärmesonden werden zur Ausnutzung der Erdwärme als Wärmetauscher in den Boden eingesetzt. Ein flüssiges Medium wird über mindestens ein Zulaufrohr zu dem Sondenfuß geführt, dort umgelenkt und über ein Rücklaufrohr hinaus geführt. Die Umlenkung erfolgt über eine U-Form im Sondenfuß nach folgenden Grundsätzen:
a) Eine direkte Umlenkung, bei der ein Rohr an der untersten Stelle des Sondenfußes zu einem U geformt wird, ein Beispiel dafür zeigt die WO 03/078905 Al ;
b) Verschweißen der Rohrenden von Zulauf und Rücklauf mittels eines U-Formstückes, welches die Umlenkung sicherstellt, diese Variante ist in der EP 1 036 974 Bl beschrieben.
Die Umlenkung am Sondenfuß ist nicht nur die mechanisch am stärksten belastete Komponente einer Erdwärmesonde, sie ist auch der in strömungstechnischer Hinsicht anspruchsvollste Teil des Sondenfußes.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Sondenfuß zur Verfügung zu stellen, bei dem die Umlenkung effizient und flexibel gestaltet ist. Dieser Sondenfuß soll bei nach verschiedensten Prinzipien gestalteten Erdwärmesonden zum Einsatz kommen, beispielsweise sowohl bei Einkreis-Erdwärmesonden als auch bei Zweikreis-Erdwärmesonden, die flächenoptimiert sind, und soll Möglichkeiten beinhalten, gegebenenfalls zur Leckageüberwachung ausgestattet und in Kombination mit Setzgewichten verwendet zu werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass ein Sondenfuß modular aufgebaut wird, wobei die Umlenkung in einer für alle Sondenfüße einer Nennweite identischen Komponente untergebracht ist, nämlich einem Sondenfuß-Unterteil, und somit strömungsmechanisch optimiert werden kann, wobei nur ein Formwerkzeug benötigt wird. Die Anpassung an die bestimmte Bausituation und Anwendungen gelingt dann mit Hilfe von Adaptern.
Demgemäß ist ein Sondenfuß-Unterteil für den Sondenfuß einer Erdwärmesonde, welches die Umlenkung von einem Mediumzulauf zu einem Mediumrücklauf enthält, so gestaltet, dass eine Aufnahme für einen Adapter vorgesehen ist, in die der Medienzulauf und der Medienrücklauf getrennt voneinander münden.
Vorzugsweise weist das Sondenfuß-Unterteil an seiner Außenseite eine Formschlussfläche mit Erhebungen und/oder Vertiefungen auf, die so angeordnet und gestaltet sind, dass ein baugleiches Sondenfuß-Unterteil mit seiner Formschlussfläche im Wesentlichen passgenau auf die Formschlussfläche aufzulegen ist und dass somit eine Verschiebung der beiden Sondenfuß-Unterteile in der Ebene der Formschlussfläche relativ zueinander unterbunden ist.
Ein einzelnes Sondenfuß-Unterteil gemäß der vorliegenden Erfindung bildet somit die Grundlage für eine Einkreis-Erdwärmesonde, zwei aneinander gelegte Sondenfuß-Unterteile bilden die Grundlage für eine Zweikreis-Erdwärmesonde. Über den Formschluss der baugleichen Sondenfuß-Unterteile ist eine Verschiebung zueinander nicht mehr möglich. Eine Sicherung kann über einen zusätzlichen, beide Sondenfuß-Unterteile umgebenden Haltering erfolgen. Durch die Einbringung bzw. Integration der Halteringkontur in ein erforderliches Setzgewicht wird die Erstellung einer Zweikreis-Erwärmesonde mit der Montage des Setzgewichtes kombiniert.
Die Form des Sondenfuß-Unterteils ermöglicht die Montage des Setzgewichtes mit Halteringkontur bei einer Einkreis-Erdwärmesonde. Hier wird das Sondenfuß-Unterteil weiter in die Halteringkontur eingeschoben, was weiterhin zu einer Zentrierung der Einkreis- Erdwärmesonde im Setzgewicht führt. Die Einbringung der Halteringkontur in ein Setzgewicht führt zu einer kompakten Einheit aus Setzgewicht und Sondenfuß, was sich bei der Abteufung positiv auswirken kann. Die Montage geschieht vor Ort oder im Werk bei der Konfektionierung der Sonden. Zweikreis-Erdwärmesonden, auch als Duplexsonden bezeichnet, sind beispielsweise aus der WO 2006/100014 Al bekannt. Die dort beschriebenen einzelnen Sondenendstücke fugen sich zwar ebenfalls geometrisch ineinander, sind aber nicht baugleich. Sie werden mit Hilfe eines Bolzens oder einer Schraube aneinander gesichert.
Die Formschlussfläche sollte sich im Wesentlichen über die Höhe und/oder über die Breite des Sondenfuß-Unterteils erstrecken. Vorzugsweise ist der Umriss der Formschlussfläche im Wesentlichen rechtwinklig. Weiter bevorzugt weist die Formschlussfiäche wenigstens zwei in Bezug auf einen Mittelpunkt der Formschlussfiäche diametral angeordnete Erhebungen und/oder Vertiefungen auf, die sich nach einer besonderen Ausgestaltung im Mittelpunkt berühren.
Um den Sondenfuß vor der mechanischen Beanspruchung beim Einbringen der Erdwärmesonde in ein Bohrloch zu schützen, ist unterhalb der Aufnahme ein Aufprallschutz vorgesehen, der eine Rippenstruktur aufweisen und/oder aus anderen dämpfenden Materialien, wie Schaumstoff, gebildet sein kann. Dabei ist als Schaumstoff geschäumtes Polyurethan besonders geeignet, da es impulsdämpfend ist, aber auch kleinere Hindernisse wegdrücken kann, wie es in der WO 2006/100014 Al beschrieben ist.
Im Bereich des Aufprallschutzes ist weiterhin eine durchgehende Bohrung vorgesehen, mittels der ein Setzgewicht und/oder eine Halterung für ein Schubgestänge oder dergleichen anzubringen ist. Durch die Einbringung einer Scheibe mit entsprechendem Durchgang an dem Aufnahmegestänge kann diese durch die Verwendung einer Halterung bei der Einkreis- Erdwärmesonde als Aufnahme sowohl für ein Schubgestänge als auch für Setzgewichte genutzt werden. Durch die Scheibe wird eine mögliche Drehung des Aufnahmegestänges um die eigene Achse auch bei der Zweikreis-Erdsonde durch Formschluss unterbunden.
Weiter vorteilhaft weist die Aufnahme mindestens ein Positionierelement auf, welches die Position des Adapters eindeutig festlegt. Dieses kann als Nase, Rippe, Rinne, Einbuchtung oder dergleichen gestaltet sein, ein komplementäres Merkmal findet sich am Adapter. Die Aufnahme ist weiterhin auf das jeweilige Fügeverfahren abgestimmt, mit der dem Adapter am jeweiligen Sondenfuß-Unterteil angebunden werden soll. So kann sie zylindrische Bereiche für das Elektroschweißen aufweisen. Als Alternative kann die Aufnahme für das spaltenfreie Laserschweißen konisch gestaltet sein.
Das Sondenfuß-Unterteil weist insbesondere die Kontur der Umlenkung auf und bestimmt damit maßgeblich die Strömungseigenschaften. Durch die weitgehend offene U-Form ohne Hinterschnitt besteht die Möglichkeit, mit einfachen Mitteln, so wie Kernanpassungen, mechanischer Bearbeitung usw., diese Außenfläche strömungstechnisch zu optimieren. Durch Einbringen spezieller Formen, zum Beispiel Strömungshindernissen, kann eine turbulente oder laminare Strömung im Sondenfuß-Unterteil erzeugt werden, die sich in den Medienrücklauf fortsetzt und den guten Wärmeübergang auf das Medium fördert.
Mit dem modularen Aufbau von Sondenfuß-Unterteil(en) und Adapter wird der Bauraum auf ein Minimum reduziert. Dies wird vorteilhaft durch die Formgebung insbesondere des Sondenfuß-Unterteils gefördert. So ist seine Breite im Bereich des Aufprallschutzes geringer als im Bereich der Aufnahme. Damit gibt es genügend Freiraum für das Entweichen von Luft und Sedimenten an dem Sondenfuß im Bohrloch bei der Einbringung der Erdwärmesonde.
Dazu ist bevorzugt die Querschnittsfläche des Sondenfuß-Unterteils im Wesentlichen oval, halboval oder rechteckig, wobei die Länge der Hauptachse des Querschnitts etwa gleich dem Zweifachen der Länge der Nebenachse ist. Mit dieser Bauform wird auch bei Zweikreis- Erdwärmesonden die kompakte Gestaltung erreicht.
Im Bereich der Formschlussfläche kann das Sondenfuß-Unterteil eine in Höhenrichtung durchlaufende, im Wesentlichen halbkreisförmige Nut aufweisen, in die ein Aufnahmegestänge für ein Schubgestänge wie Setzgewichte einzusetzen ist. Die Nut kann dabei radial vorstehende Absätze aufweisen, welche die am Aufnahmegestänge auftretenden Kräfte gleichmäßig in das Sondenfuß-Unterteil einleiten. Anders als beim Stand der Technik, beispielsweise nach der WO 2006/100014 Al, bei dem das Schubgestänge in eine Blindbohrung eingesetzt ist, ist bei der vorliegenden Erfindung das Aufnahmegestänge durchgängig, und schlagartig auftretende Kräfte beim Aufprall sowie die Kräfte durch den Einssatz eines Schubgestänges werden direkt in ein Setzgewicht oder in das Erdreich abgeleitet, ohne den Sondenfuß zu belasten.
Zum Vervollständigen des Aufbaus eines Sondenfußes wird ein Adapter in die Aufnahme des Sondenfuß-Unterteils gesetzt und mit diesem verbunden. Je nach Art des Adapters können Sondenfüße für einfache Einkreis- oder Zweikreis-Erdwärmesonden, flächenoptimierte Ein- kreis- oder Zweikreis-Erdwärmesonden mit mehreren Rohren sowie für Sonden mit Verfüll- rohrhalterung gebildet werden.
Flächenoptimierte Erdwärmesonden sind in der CH 687 043 A5 offenbart. Dort ist ausgeführt, wie durch geeignete Wahl der Querschnittsflächen von Zulaufrohren und Rücklaufrohr die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Verweilzeit des Mediums beeinflusst werden kann. Die Verwendung mehrerer Vorlaufrohre begünstigt die Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe wegen der vergrößerten Kontaktfläche. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Adapter können diese Erkenntnisse für praktisch jede Bausituation umgesetzt werden.
Nach einer Variante der vorliegenden Erfindung weist der Adapter ein Einsatzstück auf, auf das eine Doppelmuffe aufgebracht ist, wobei jeweils ein Muffenbecher für den Medienzulauf und ein Muffenbecher für den Medienrücklauf vorgesehen ist. Dabei kann jeder Muffenbecher der Doppelmuffe mit einer Heizwendel für den Anschluss von Rohrleitungen versehen sein. Besonders bevorzugt ist es, die Heizwendel von einem Muffenbecher über einen Überlappungsbereich, in dem die Muffenbecher aneinander grenzen, in den zweiten Muffenbecher zu führen. Für die Flächenoptimierung von Zulauf und Rücklauf ist nach einer Variante vorgesehen, dass der Adapter ein Einsatzstück aufweist, auf den eine Doppelmuffe für den Medienzulauf und ein Muffenbecher für den Medienrücklauf aufgebracht sind. Je nach Betriebsart (Sommer- oder Winterbetrieb) kann die Fließrichtung entgegengesetzt betrieben werden, dies ermöglicht eine Anpassung der Wärmeeintrag- bzw. Wärmeaustragsflächen je nach Betriebsart der Erdwärmesonde. Auch hier kann die Doppelmuffe mit einer verbundenen Heizwendel versehen sein, so dass ein gleichzeitiges Verschweißen der Zulaufrohre möglich ist. Der Muffenbecher für den Medienrücklauf kann ebenfalls eine Heizwendel aufweisen, die getrennt mit Energie zu beaufschlagen ist. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Adapter einen Halter für ein Verfüllrohr auf, wobei das Verfüllrohr zum Einbringen der erforderlichen Bohrlochverfüllung dient und definiert positioniert werden kann. Die Muffenbecher besitzen am Bechermund einen zylindrischen Absatz zur Überdeckung eines eventuell vorhandenen Schutzrohransatzes, welcher bei der Vorbereitung eines Rohres mit Schutzmantel zur Schweißung entsteht. Durch diesen integrierten Absatz wird der Schutz des Rohres auch über die Rohrenden und in der Schweißzone gewährleistet.
Sondenfuß-Unterteile und Adapter sind bevorzugt aus wärmeleitendem Kunststoff, beispielsweise unvernetztem oder vernetzten! Polyethylen geeigneter Festigkeitsklassen, wie PE 100, PE 112 oder PE 125, PEX oder Polypropylen, hergestellt und können somit im Spritzguss erzeugt werden. Dies ermöglicht es, durch einfache Änderungen im Spritzgusskerndurchmesser und somit den Wanddicken Sondenfüße für unterschiedliche Druckstufen zu erzeugen.
Zum Einbringen von Erdwärmesonden werden so genannte Setzgewichte verwendet, die dem eventuell entstehenden Auftrieb entgegenwirken und den Sondenfuß in seine Endlage bringen sollen. Zu diesem Zweck weisen die Sondenfüße Aufhängemöglichkeiten, wie Ösen, Haken und dergleichen, auf.
Dabei werden je nach Art der Erdwärmesonde und des Untergrundes unterschiedlich schwere Setzgewichte verwendet. Die bekannten Setzgewichte bestehen meist aus einem zylindrischen Vollstab aus Stahl, welcher eine entsprechende Aufnahme zum Einhängen am Sondenfuß besitzt.
Durch diese freie Aufhängung der Setzgewichte am Sondenfuß besteht jedoch die Gefahr, dass sich der Sondenfuß mit dem Setzgewicht im Bohrloch verklemmt. Diese Gefahr ist besonders gegeben, wenn die Sonde, wie es oftmals nötig ist, bei der Einbringung teilweise angehoben werden muss. Überdies kann in den meisten Fällen die Größe, d.h. das Gewicht, des Setzgewichtes erst vor Ort ermittelt werden, wenn die Bohrung durchgeführt wurde und die endgültige Beschaffenheit des Bohrloches bekannt ist.
Dabei wird das Einbringen der Sonde erheblich vereinfacht, wenn der führende Abschnitt der Sonde eine starre Einheit bildet. Daher wird in der Praxis eine etwa 1.5 m lange Stange, die zumeist aus Stahl besteht, direkt an dem Sondenfuß zwischen den Sondenrohren fixiert, wodurch die gewünschte Versteifung geliefert wird. Die Erfindung stellt nun Setzgewichte bereit, mit denen eine verbesserte und sicherere starre Anbindung an den Sondenfuß möglich ist. Dazu wird für eine formschlüssige Anbindung des Setzgewichtes an den Sondenfuß gesorgt, indem das Setzgewicht ein Aufnahmerohr aufweist, in das der Sondenfuß einzusetzen ist. Dadurch entsteht eine starre Einheit, die die Einbringung der Sonde ins Bohrloch erleichtert. Des Weiteren ist ein Verkippen des Setzgewichtes zum Sondenfuß nicht mehr möglich, was wiederum ein Verklemmen von Setzgewicht und Sondenfuß im Bohrloch verhindert. Gleichzeitig wird für einen zusätzlichen Schutz des Sondenfußes gesorgt, einerseits durch die Umhüllung durch das Aufnahmerohr, im Weiteren durch das Setzgewicht selbst.
Das Setzgewicht selbst besteht dazu vorzugsweise aus einer dünnen Außenschicht, welche nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform aus Kunststoff bestehen kann. In diese Außenschicht ist beispielsweise mittels Ringprägung ein Aufnahmerohr eingebracht, welches mit der dünnen Außenschicht fest verbunden ist. Diese Verbindung kann durch eine Verfüllung des Zwischenraumes erfolgen, aber auch über eine Schweißverbindung. Soll das Setzgewicht mit einem Sondenfuß, wie er hierin zuvor beschrieben ist, verwendet werden, entspricht der Innendurchmesser des Aufnahmerohres bevorzugt dem Außendurchmesser des Sondenfuß- Unterteils bzw. der aneinander gelegten Sondenfuß-Unterteile, je nachdem, ob eine Einkreisoder eine Zweikreis-Erdwärmesonde aufgebaut werden soll. Eine Ausführung komplett aus Stahl ist ebenfalls möglich.
Somit besteht die Möglichkeit, den Sondenfuß direkt in das Setzgewicht einzusetzen und so für eine stabile, verkippsichere Verbindung zu sorgen. Je nach Art des Sondenfußes kann dieser entsprechend tief in das Aufnahmerohr eingeführt werden, unabhängig davon, ob eine Einkreis- oder eine Zweikreis-Erwärmesonde aufgebaut wird. Oftmals ist im Sondenfuß- Unterteil bzw. im unteren Bereich eines herkömmlichen Sondenfußes eine Bohrung vorgesehen, die jetzt dazu genutzt werden kann, durch Einsetzen eines entsprechenden Stiftes, der durch das Sondenfuß-Unterteil und das Setzgewicht geführt ist, eine Einheit aus diesen beiden Komponenten zu bilden.
Es kann auch vorgesehen sein, das Aufnahmerohr mit zwei oder mehr Bohrungen zu versehen, die einen unterschiedlichen Abstand haben, damit an unterschiedliche Ausführungsfor- men eines Sondenfußes angepasst werden kann, beispielsweise für die Einkreis- oder Zweikreisausführung.
Es kann das Setzgewicht an seinem dem Sondenfuß gegenüberliegenden Ende konisch ausgebildet sein, um eventuelle Hindernisse im Bohrloch leichter zu verdrängen bzw. zu umgehen.
Der Gedanke des modularen Aufbaus, der schon bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sondenfuß-Unterteile wesentlich ist, kann auf die Gestaltung von Setzgewichten übertragen werden. So ist es vorteilhaft, eine Variante des Setzgewichtes zur Verfügung zu stellen, welches am freiliegenden Ende eine Bohrung aufweist, so dass ein weiteres, entsprechend ausgestaltetes Setzgewicht aufgesteckt und fixiert werden kann.
Grundsätzlich können mit diesem Prinzip beliebig viele Setzgewichte in Reihe starr verbunden werden, indem Zwischenstücke verwendet werden, bei denen ein Innendurchmesser am Ende dem Außendurchmesser des Aufnahmerohres entspricht, wobei der Außendurchmesser maximal dem Außendurchmesser der Außenschicht des Setzgewicht-Hauptkörpers entsprechen sollte. In der Terminologie der Erfindung soll dabei zwischen „Adapter-Setzgewichten", den Zwischenstücken, und „End-Setzgewichten", die ein konisch ausgestaltetes Ende aufweisen, unterschieden werden.
Somit wird ein Sondenfuß, beispielsweise der, der zuvor beschrieben worden ist, in das Auf- nahmerohr eines Adapter-Setzgewichtes eingebracht und verstiftet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Adapter-Setzgewichtes wird ein Zwischenstück aufgeschoben und verstiftet, woraufhin ein weiteres Adapter-Setzgewicht eingeschoben und ebenfalls verstiftet werden kann. Weitere Adapter-Setzgewichte können entsprechend mit Zwischenstücken aufgesetzt und verstiftet werden. Schließlich wird das End-Setzgewicht befestigt. Um die Versteifung zu erreichen, könnte auch der gesamte Satz der Setzgewichte in ein entsprechend langes "Zwischenstück", also eine Überwurfhülse, eingebaut werden. Somit kann mit diesem modularen Aufbau eine beliebig gewünschte Einheit aus Setzgewichten aufgebaut werden.
Das Gewicht der einzelnen Komponenten kann durch Füllen der Körper mit entsprechendem Material, wie Eisen oder Schwerspat, eingestellt werden. Es hat sich als vorteilhaft herausge- stellt, diese Füllung mit Beton zu vergießen und somit den Verbleib der Füllung in der Form sowie die Stabilisierung der gegebenenfalls vorhandenen Prägungen sicherzustellen. Eine Ausfuhrung mit anderen Materialien, wie Stahl, Stahlbeton usw., ist auch möglich.
Die Außenschicht aus Kunststoff wirkt dabei als dämpfendes Element, was insbesondere beim Transport der Gewichte von Vorteil ist. Außerdem ist eine Beschädigung des Sondenfußes durch etwaige harte Kanten ausgeschlossen.
Damit kann durch den modularen Aufbau der Setzgewichte vor Ort mit einfachen Mitteln eine Einheit erstellt werden, welche individuell auf die Anforderungen des Bohrloches abgestimmt ist. Durch die formschlüssige Anbindung an den Sondenfuß sowie die Anbindung der Setzgewichte untereinander entsteht eine starre Einheit aus Sondenfuß und Setzgewichten, was das Einbringen der Sonde in das Bohrloch erheblich vereinfacht und einem Verklemmen des Sondenfußes im Bohrloch verbeugt.
Ein weiteres Problem bei der Verlegung von Erdwärmesonden besteht in der Gefahr der Verschmutzung des Untergrundes im großen Umfang durch das Wärmeträgermedium, die auch durch die Tiefe der Anlagen außerhalb von Wasserschutzgebieten besteht. Im Markt sind Rohrsysteme vorhanden, welche mit Hilfe einer durchgängigen leitfähigen Schicht, beispielsweise aus Aluminium, eine Verletzung einer äußeren Schutzschicht durch eine Überwachung des elektrischen Potentials erfassen können. Ein solches Rohr ist in der Regel als Dreischichtrohr aufgebaut, bestehend aus dem Druckrohr als Innenschicht, der Überwachungsschicht und der bereits angesprochenen außen liegenden Schutzschicht. Diese Rohrsysteme kommen bei Standardverlegungen in Wasserschutzgebieten und bei sensiblen Medien zum Einsatz.
Um die Verwendung solcher Rohrsysteme bei Erdwärmesonden-Anwendungen zu ermöglichen, wird ein Sondenfuß benötigt, welcher eine dichte elektrische Verbindung von zweien oder mehreren leitfähigen Schichten herstellen kann.
Dazu sieht die Erfindung vor, bei Sondenfüßen, beispielsweise denen, die oben beschrieben sind, eine weitere Fügezone pro Röhrende vorzusehen. Mit dieser zusätzlichen Fügezone wird die äußere Schutzschicht dicht mit dem Sondenkörper verschweißt. In dem freien Raum zwischen der Fügezone der äußeren Schutzschicht und der Fügezone des innen liegenden Druckrohres wird die leitfähige Mittelschicht kontaktiert. Direkt über das Kontaktelement, beispielsweise über geschützte Leiter, kann ein weiterer Kontakt einer bzw. mehrerer Schutzschichten kurzgeschlossen werden. Durch diesen Kurzschluss der Schutzschichten wird ein für die Leckageüberwachung notwendiger elektrischer Überwachungskreis erzeugt.
Durch einen gefederten Kontakt besteht die Möglichkeit, durch einfaches Einstecken der vorbehandelten Rohrenden eine dauerhafte Kontaktierung der leitfähigen Schicht sicherzustellen.
Dabei kann die Federeigenschaft durch die Form und einen entsprechend gewählten Werkstoff des Kontaktelements gewährleistet werden. Auch ist eine Ausführungsform denkbar, bei der eine separate Feder vorgesehen ist.
Damit wird es möglich, eine Beschädigung des äußeren Schutzrohres bei der Sondeneinbringung ebenso wie beim Betrieb der Anlage zu erkennen. Insbesondere kann nun eine Online- Überwachung der Schutzschicht im direkten Betrieb der Anlage erfolgen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
Figur Ia eine perspektivische Ansicht eines Sondenfuß-Unterteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur Ib eine perspektivische Darstellung des Sondenfuß-Unterteils aus Figur 1, bei der die Formschlussfläche zu erkennen ist;
Figur Ic eine perspektivische Darstellung des Aufnahmegestänges, Figur Id eine perspektivische Darstellung des Sondenfuß-Unterteils mit einem eingesetzten Aufnahmegestänges;
Figur 2a eine perspektivische Darstellung zweier Sondenfuß-Unterteile gemäß der vorliegenden Erfindung, die zum Aufbau eines Sondenfußes einer Zweikreis- Erdwärmesonde angeordnet sind;
Figur 2b eine perspektivische Darstellung der zusammengesetzten Sondenfuß-Unterteile aus Figur 2a;
Figur 3a eine perspektivische Darstellung eines Adapters für den Sondenfuß einer Ein- kreis-Erdwärmesonde;
Figur 3b eine perspektivische Darstellung eines Adapters für den Sondenfuß einer Ein- kreis-Erdwärmesonde mit Flächenoptimierung;
Figur 3c eine perspektivische Darstellung eines Adapters mit Verfüllrohrhalter;
Figur 4a eine perspektivische Darstellung eines Sondenfußes gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Einkreis-Erdwärmesonde;
Figur 4b eine perspektivische Darstellung eines optimierten Sondenfußes für eine Einkreis-Erdwärmesonde;
Figur 5a eine perspektivische Darstellung eines Sondenfußes gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Zweikreis-Erdwärmesonde;
Figur 5b eine perspektivische Darstellung eines optimierten Sondenfußes einer Zweikreis-Erdwärmesonde ; Figur 6a eine perspektivische Darstellung eines Sondenfuß-Unterteils für eine Einkreis- Erdwärmesonde sowie ein End-Setzgewicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 6b die miteinander verbundenen Komponenten der Figur 6a in perspektivischer Darstellung;
Figur 7a eine perspektivische Darstellung eines Sondenfußes einer Zweikreis- Erdwärmesonde und eines End-Setzgewichtes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 7b die zusammengesetzten Komponenten der Figur 7a in perspektivischer Darstellung;
Figur 8 eine perspektivische Darstellung eines Adapter-Setzgewichtes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines Adapter-Setzgewichtes und eines End-
Setzgewichtes gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Zusammensetzen;
Figur 10 eine Längsschnittdarstellung eines Rohrsystems, das eine Leckageüberwachung ermöglicht;
Figur 11 eine perspektivische Darstellung eines Sondenfuß-Unterteils mit einer zusätzlichen Fügezone für die Schutzschicht eines Rohrsystems nach Figur 9;
Figur 12 eine Schnittansicht bzw. eine perspektivische Ansicht von Rohrsystemen für die Leckageüberwachung, die in ein Sondenfuß-Unterteil, beispielsweise gemäß der vorliegenden Erfindung, eingesetzt werden sollen, zusammen mit Detailansichten, die die Lage eines Kontaktelementes veranschaulichen; Figur 13 das Einschieben eines Rohrsystems über den Kontaktbereich der Fügezone für das Druckrohr, wobei die Anlage des Kontaktelementes an die leitfahige Schicht gezeigt ist;
Figur 14 das Einfuhren des zweiten Rohrsystems über die Fügezone für das Schutzrohr hinaus, so dass nun das Kontaktelement die Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht des ersten Rohrsystems und des zweiten Rohrsystems herstellt;
Figur 15 einen Sondenfuß für eine Zweikreis-Erdwärmesonde in flächenoptimierter Ausführung mit anschließenden Rohrleitungen;
Figur 16 einen Sondenfuß für eine Zweikreis-Erdwärmesonde in flächenoptimierter Ausführung mit teilweise dargestellter, anschließender Verrohrung; und
Figur 17 ein Beispiel eines Sondenfußes für eine Zweikreis-Erdwärmesonde in flächenoptimierter Ausführung mit auf optimalen Wirkungsgrad ausgelegter anschließender Verrohrung.
Figur Ia zeigt ein Sondenfuß-Unterteil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, welches die Basis für den Aufbau eines Sondenfußes einer Erdwärmesonde bildet. Das Sondenfuß- Unterteil 10 hat einen im Wesentlichen quaderartigen Aufbau, in dessen oberen Bereich eine Aufnahme 12 für einen Adapter vorgesehen ist. Das Sondenfuß-Unterteil 10 verjüngt sich von der Aufnahme 12 her zu einem Aufprallschutz 14, der sich etwa über die Hälfte der Höhe des Sondenfuß-Unterteils 10 erstreckt. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform besteht der Aufprallschutz 14 aus einer Vielzahl horizontal verlaufender Rippen 16 und einer Vielzahl vertikal verlaufender Rippen 18, die gemeinsam eine Struktur bilden, welche nicht nur das sichere Einbringen des Sondenfußes unter harten Baustellenbedingungen ermöglicht, sondern auch Schläge, welche durch das Einbringen der Sonde durch das Setzgewicht oder Geröll und dergleichen entstehen, kompensiert. Oberhalb des Aufprallschutzes 14 ist ein Halbringbund 26 vorgesehen, dessen Funktion im Zusammenhang mit den Figuren 5a und 5b näher erläutert wird. Auf den Übergangsbereich der Aufnahme 12 und den Halbringbund 26 befinden sich Abweiser 15 welche den Druckbereich der Umlenkung des Sondenfußes bei der Einbringung schützen und eventuelle Behinderungen ablenken. Im mittleren Bereich des Aufprallschutzes des Sondenfuß-Unterteils 10 befindet sich eine quer verlaufende durchgehende Bohrung 20, in der Setzgewichte, Aufnahmegestänges oder eine besondere Halterung für eine Schubstange befestigt werden können. An Ende des Sondenfuß-Unterteils sind an beiden Seiten Schnapphaken 19 angebracht dessen Funktion im Zusammenhang mit den Figuren 5a und 5b ebenfalls näher erläutert wird
Figur Ib zeigt das Sondenfuß-Unterteil 10 der Figur Ia in einer perspektivischen Darstellung, bei der Einzelheiten der Aufnahme 12 für einen Adapter und einer Formschlussfläche 30 besser erkennbar sind. Die ovale Aufnahme 12 weist an ihrer Innenseite eine Nase 22 auf, welche die Position des einzusetzenden Adapters eindeutig definiert. Um den Adapter in der Aufnahme 12 fest zu halten, können die Innenflächen der Aufnahme 12 beispielsweise für das Heizwendelschweißen vorbereitet sein.
Die Formschlussfläche 30 befindet sich auf der dem Prallschutz 14 gegenüber liegenden Seite des Sondenfuß-Unterteils 10. Die Formschlussfläche 30 ist in vier rechteckförmige Bereiche 32, 34, 36, 38 aufgeteilt, wobei die Bereiche 32, 38 gegenüber den Bereichen 34, 36 zurückliegen bzw. die Bereiche 34, 36 quaderförmige Erhebungen aus der durch die Bereiche 32, 38 definierten Ebene bilden. Die Erhebungen 34, 36 und die Vertiefungen 32, 38 sind aus Gründen der Materialersparnis mit einer Lochstruktur versehen. Die dargestellte Ausführungsform zeigt zwei in Bezug auf den Mittelpunkt der Formschlussfläche einander diametral gegenüberliegende Erhebungen 34, 36 und Vertiefungen 32, 38, die im Mittelpunkt aneinander liegen. Es sind auch Ausgestaltungen mit einer anderen Anzahl von Erhebungen und/oder Vertiefungen denkbar, es muss lediglich gewährleistet sein, dass ein baugleiches Sondenfuß- Unterteil mit seiner Formschlussfläche passgenau und verschiebesicher aufzusetzen ist. In der Formschlussfläche 30 ist weiterhin eine im Wesentlichen halbkreisförmige Nut 40 ausgebildet, in die eine Vielzahl radial vorstehender Absätze 42 ragt. In der Erhebung 36 ist eine kreisförmige Auslassung 45 eingebracht, welche die Verdrehsicherung des Aufnahmegestänges 50 aufnimmt.
Figur Ic zeigt ein durchgängiges Aufnahmegestänge 50. Das Aufnahmegestänge 50 weist eine Vielzahl von Haltenuten 52 auf, welche eine gleichmäßige Einteilung der entstehenden Kräfte durch Schubstange und Setzgewicht in den Sondenfuß ermöglichen. An dem oberen Ende des Aufhahmegestänges 50 ist eine Aufnahme 54 für eine Schubstange vorgesehen, welche je nach Ausführung ein Gewinde zur Aufnahme eines Adapters bzw. den Adapter selbst ist. Am unteren Ende des Aufnahmegestänges 50 befindet sich eine Aufnahme 56 für ein Setzgewicht, welches als Gewinde, Haken oder Öse ausgeführt ist. Im unteren Bereich des Aufnahmegestänges 50 befindet sich eine Scheibe 57, welche fest mit dem Gestänge verbunden ist und eine Verdrehsicherung darstellt. Durch die Öffnung der Scheibe, welche der Bohrung 20 entspricht können Befestigungselemente für Gewicht bzw. Schubgestänge eingesetzt werden, ohne das Aufnahmegestänge 50 zu entfernen. Bei der Verwendung als Einkreis- Sonde kann über die Scheibe mit Hilfe eines Befestigungselementes das Aufnahmegestänge 50 sicher mit dem Sondenfuß-Unterteil 10 verbunden werden.
Figur Id zeigt, wie in diese Nut 40 ein durchgängiges Aufnahmegestänge 50 eingesetzt ist. Das Aufnahmegestänge 50 weist eine Vielzahl von Haltenuten 52 auf, die den radial vorstehenden Absätzen 42 in der Nut 40 (Figur Ib) entsprechen.
Figur 2a zeigt, wie zwei Sondenfuß-Unterteile 10, 10' zu einem Sondenfuß-Unterteil eines Sondenfußes für eine Zweikreis-Erdwärmesonde zusammengesetzt werden. Die Formschlussflächen 30, 30' entsprechen sich exakt. Das in die Haltenuten 40, 40' eingesetzte Gestänge 50 wird durch die Formschlussflächen 30, 30' gehalten. Der Formschluss verhindert eine Verschiebung der beiden Sondenfuß-Unterteile 10, 10' gegeneinander. Das Ergebnis ist in Figur 2b gezeigt. Die beiden Sondenfuß-Unterteile 10, 10' werden durch einen zusätzlichen Haltering, der im Zusammenhang mit den Figuren 5a und 5b beschrieben ist und der um die beiden Sondenfuß-Unterteile 10, 10' gelegt wird, aneinander gesichert.
Figur 2b zeigt auch deutlicher die Ausgestaltung der Aufnahme 12 mit der in Höhenrichtung verlaufenden Nase 22 und einem Muffenbund 24, der als umlaufende Anlagefläche für den Adapter in einer definierten Einschubtiefe der Aufnahme 12 ausgebildet ist. Der Halbringbund 26 auf dem Sondenfuß-Unterteil 10 hat seine Entsprechung in einem Halbringbund 26' auf dem Sondenfuß-Unterteil 10' zu einem Ringbund ergänzt, an dem ein Haltering 80 (Figuren 5a, 5b) zur Anlage kommt.
Figur 3 a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Adapters 60, der in die Aufnahme 12 (Figur Ia) eines Sondenfuß-Unterteils 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einzusetzen ist. Dazu weist der Adapter 60 ein Einsatzstück 62 auf, das in seinen Außenkonturen den Innenkonturen der Aufnahme 12 entspricht. Insbesondere umfasst das Einsatzstück 62 eine Vertiefung, in die die Nase 22 der Aufnahme 12 greift. Auf dem Einsatzstück 62 sitzt eine Doppelmuffe mit zwei Muffenbechern 63, 64, welche die Rohre für den Medienzulauf bzw. Medienrücklauf aufnehmen. Die Rohre können beispielsweise mit Hilfe der Heizwendelschweißtechnik unlösbar und fluiddicht mit der Doppelmuffe 63, 64 verbunden werden. Die eventuell vorgesehenen Heizwendel werden über Kontaktierungen 65, 66 geschweißt, die in Achsrichtung verlaufen, um keine zusätzlichen Störflächen in Einbringrichtung zu erzeugen. Die Doppelmuffe 63, 64 zeigt bevorzugt einen Absatz im jeweiligen Muffenbecher, in den gegebenenfalls Schutzrohrschichten aufgenommen werden können. Durch diese Überlappung ist ein Schutz des Medienrohres auch in der Schweißzone gewährleistet.
Die optimierte Umlenkung im Sondenfuß-Unterteil 10 hat zur Folge, dass die Doppelmuffe 63, 64 die Rohrenden auf einem räumlichen Minimum zusammenführt, so dass die entsprechenden Muffenbecher im Mittelbereich aneinander stoßen. An dieser Überlappungsstelle 67 entsteht ein Bereich, in dem die beiden Heizwendel der Schweißzonen in der Doppelmuffe im oberen, nicht druckbelasteten Bereich mit Hilfe einer Verbindungsnut 69 verbunden werden können. Somit besteht die Möglichkeit, beide Rohrenden in einem Schritt mit dem jeweiligen Muffenbecher zu verschweißen.
Figur 3b zeigt einen Adapter für einen Sondenfuß einer Einkreis-Erdwärmesonde, der flächenoptimiert ist, und zwar dahingehend, dass für das Aufnehmen der Medienrohre eine Dreifachmuffe vorgesehen ist, die aus einer Doppelmuffe 73, 74 mit kleinerem Innendurchmesser für den Medienzulauf / Rücklauf und einem Muffenbecher 75 mit größerem Innendurchmesser für den Medienrücklauf / Vorlauf gebildet ist und auf einem Einsatzstück angeordnet ist. Durch diese Gestaltung wird die Oberfläche, welche maßgeblich zum Wärmeübertrag beiträgt, optimiert. Durch die Verteilung des Volumenstroms von einem Rohr in zwei oder mehrere Rohre mit dem gleichen bzw. einem ähnlichen Gesamtdurchflussquerschnitt, jedoch anderen Rohrdurchmessern, wird die Umfangsfläche und somit die Wärmeaustauschfläche drastisch erhöht, so dass der Wirkungsgrad der Erdwärmesonde steigt. Je nach Wirkweise - Kühlen oder Heizen - kann die Fließrichtung des Mediums angepasst werden. Alle Muffenbecher 73, 74, 75 können mit Heizwendeln versehen sein, wobei die Führung der Heizdrähte in der Doppelmuffe 73, 74 analog der sein kann, wie sie für die Doppelmuffe 63, 64 in Figur 3a beschrieben worden ist. Während die Rohre für den Medienzulauf somit gemeinsam verschweißt werden können, ist eine getrennte Verschweißung für das Rohr für den Medienrücklauf erforderlich. Wieder sind die Kontaktierungen 76, 77 und 78, 79 in Achsrichtungen geführt, damit keine zusätzlichen Störflächen erzeugt werden.
Figur 3c zeigt eine Variante eines Adapters, bei dem ein nach unten teilweise oder vollständig geöffneter Becher 68 mit integrierter Haltevorrichtung, beispielsweise einer Heizwendel, an der Doppelmuffe 63, 64 angebracht ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, ein Verfüllrohr zum Einbringen der erforderlichen Bohrlochverfüllung zu befestigen und definiert zu positionieren.
Figur 4a zeigt einen Sondenfuß für eine Einkreis-Erdwärmesonde, der durch Kombination eines Sondenfuß-Unterteils gemäß Figur Ia mit einem Adapter 60 gemäß Figur 3 a entstanden ist. Der Adapter wird mit seinem Einsatzstück 62 in die Aufnahme 12 des Sondenfuß- Unterteils 10 gesetzt und dort mit diesem verbunden, beispielsweise durch Heizwendelschweißen, Heizelement-Muffenschweißen oder Laserschweißen. Der Sondenfuß 10 kann dann wie üblich mit dem Aufnahmegestänge 50 und Setzgewichten ausgestattet werden. Figur 4b zeigt die Variante, bei der ein Adapter 70 gemäß Figur 3b in das Sondenfuß-Unterteil nach Figur Ia eingesetzt ist.
Figur 5a zeigt einen Sondenfuß einer Zweikreis-Erdwärmesonde, bei der zunächst zwei Einkreis-Erdwärmesonde gemäß Figur 4a zusammengefügt sind, wie es in Figur 2b gezeigt ist. Die Sondenfuß-Unterteile 10, 10', die zwischen sich ein Aufnahmegestänge 50 einschließen, werden mittels eines Halterings 80, der im Bereich des Prallschutzes 14 um die Sondenfuß- Unterteile 10, 10' gelegt wird, gesichert. Mittels geeigneter Schnapphaken 19 wird ein unbeabsichtigtes Abstreifen des Halteringes 80 verhindert. Da die Fügerichtung des Halterings 80 in Einbringungsrichtung des Sondenfußes liegt, wird der Haltering 80 in die massiv ausgeführte Endlage gedrückt. Somit wirkt der Haltering 80 als zusätzliches Schutzrohr. Zwischen dem quaderförmigen Sondenfuß 10 und dem Haltering 80 entstehen wiederum Öffnungen, durch die bei der Einbringung des Sondenfußes Luft und Sedimente entweichen können. Figur 5b zeigt die Variante, bei der zwei Einkreis-Erdwärmesonden gemäß Figur 4b zusam- mengefügt sind. Bei der so entstandenen flächenoptimierten Zweikreis-Erdwärmesonde besteht die Möglichkeit, durch ein Y-Stück die beiden Medienrohre in den Muffenbechern 75 und 75 ' oberhalb des Sondenfußes zu einen Rohr zu vereinen und die Flächenverhältnisse und Kosten weiter zu verbessern. Weitere Einzelheiten zur Flächenoptimierung auch des vom Sondenfuß weiterführenden Rohrwerks werden im Zusammenhang mit den Figuren 15 bis 17 ausgeführt.
Figur 6a zeigt ein End-Setzgewicht, das hier zusammen mit einem Sondenfuß gemäß der Ausführungsform beispielsweise nach Figur 4a verwendet wird. Der Sondenfuß weist eine Aufnahme 102 auf, die so ausgelegt ist, dass zumindest ein unterer Bereich des Sondenfuß- Unterteils eingesetzt werden kann. Der Sondenfuß kann dann mittels eines Stiftes (nicht dargestellt), der durch Bohrungen im End-Setzgewicht 100 bzw. im Sondenfuß vorgesehen ist, fixiert werden. Um das Einbringen in den Untergrund zu erleichtern, ist das dem Aufnahme- rohr 102 entgegengesetzte Ende 104 des End-Setzelementes konisch ausgebildet. Figur 6b zeigt die Komponenten im zusammengebauten Zustand.
Figur 7a zeigt eine entsprechende Darstellung für ein Einkreis-Sondensystem, das beispielsweise gemäß der Figur 5a ausgebildet ist. Auch hier wird der Sondenfuß einfach in die Aufnahme 102 des End-Einsetzgewichtes 100 eingeführt. Da das Einkreis-Sondensystem sich im hinteren Bereich des Sondenfuß-Unterteils in der Setzgewichtaufnahme zentriert, erfolgt die Fixierung des Gewichtes an der tiefer gelegenen Bohrung. Figur 7b zeigt die Komponente in zusammengesetztem Zustand.
Figur 8 ist eine perspektivische Darstellung eines Adapter-Setzgewichtes 100' gemäß der vorliegenden Erfindung. Hier ist das dem Aufnahmerohr 102 entgegengesetzte Ende 106 derart ausgebildet, dass es über ein Zwischenstück in das Aufnahmerohr 102 eines weiteren Adapter-Setzgewichtes oder eines End-Setzgewichtes einführbar ist.
Figur 9 veranschaulicht die modulare Bauweise, die mit den Adapter-Setzgewichten 100' und einem End-Setzgewicht 100 gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist. Die beiden Komponenten werden über ein Zwischenstück 108 starr miteinander verbunden. Figur 10 zeigt in einer Längsschnittansicht den Aufbau eines Rohrsystems, das für die Leckageüberwachung geeignet ist. Ein innen liegendes Druckrohr 200 ist von einer leitfähigen Schicht 202 umgeben, die beispielsweise aus Aluminium bestehen kann. Diese leitfähige Schicht 200 wird durch eine Schutzschicht 204 aus Kunststoff geschützt.
Figur 11 zeigt einen Adapter nach Fig. 3a, der zur Aufnahme eines Rohrsystems gemäß der Figur 10 angepasst worden ist. Zusätzlich zu einer Fügezone 210 für das Druckrohr 200 ist in jedem Muffenbecher eine Fügezone 212 für die Schutzschicht vorgesehen. Die Fügezonen 210 und 212 sind durch eine Stufe oder einen Absatz 216 getrennt. Durch diese Überlappung ist ein Schutz des Medienrohres auch in der Fügezone/Schweißzone gewährleistet. Der Bereich zwischen Medienzulauf und Medienrücklauf ist durch ein Kontaktelement 214 überbrückt.
Die Figuren 12 bis 14 zeigen eine Abfolge von Schritten, mit denen die Voraussetzungen für eine Leckageüberwachung bei einem Erdwärmesondensystem geschaffen werden. Zunächst werden Rohrsysteme 200, 200' für den Medienzulauf/Medienrücklauf vorbereitet, indem die Schutzschicht 204 teilweise entfernt wird, so dass die leitfähige Schicht 202 freiliegt (siehe auch Fig. 10) und in einen Adapter, beispielsweise wie in der Figur 11 dargestellt, eingeführt. Es versteht sich, dass die Leckageüberwachung auch mit anderen Sondenfüßen eingesetzt werden kann, vorausgesetzt, dass diese die Möglichkeit bieten, dass die Schutzschicht und das Druckrohr funktionssicher angeschlossen werden können. Dann wird eines der Rohrsysteme 200, 200', entweder für den Medienzulauf oder für den Medienrücklauf, so weit in die entsprechende Adapteröffnung oder die Öffnung eines anderen Sondenfußes eingeschoben, dass das Kontaktelement 214 die leitfähige Schicht 202 berührt. Diese Situation ist in der Figur 13 dargestellt. Anschließend wird das andere Rohrsystem entsprechend eingeschoben, so dass nun das Kontaktelement 214 eine elektrische Brücke zwischen der Schutzschicht beider Rohrsysteme bildet. Anschließend können Schutzschichten und Druckrohre in den Fügezonen 212 bzw. 210 des Adapters beispielsweise verschweißt werden, wobei, je nach den Gegebenheiten, die Rohrsysteme einzeln oder gleichzeitig in den entsprechenden Fügezonen verschweißt werden. Die fertige Erdsonde ist in Figur 14 gezeigt.
Figur 15 zeigt einen Sondenfuß gemäß Figur 5b mit angeschlossenem Rohrwerk. Um den Wirkungsgrad der Erdwärmesonde zu erhöhen, müssen die Oberflächen, welche maßgeblich zum Wärmeaustrag bzw. Wärmeeintrag beitragen, optimiert werden. Dies geschieht durch Verteilung des Volumenstroms von einem Rohr auf zwei oder mehrere Rohre, die den gleichen oder einen ähnlichen Gesamtdurchflussquerschnitt haben, wie das Ausgangsrohr, jedoch andere Rohrdurchmesser aufweisen. Durch die kleinen Rohrdurchmesser wird die Umfangs- fläche der Rohrleitungen und somit die Wärmeaustauschfläche drastisch erhöht, so dass der Wirkungsgrad der Erdwärmesonde steigt. Dabei kann je nach gewünschter Wirkungsweise - Kühlen oder Heizen — die Fließrichtung angepasst werden. Insbesondere zeigt die Figur 15 einen Sondenfuß gemäß Figur 5b, bei dem die Adapter 70, 70' jeweils so gestaltet sind, dass sie zwei Rohre 310, 312; 310', 312' aufnehmen, deren Durchmesser im Vergleich zu einem dritten Rohr 314, 314', das ebenfalls in dem Adapter aufgenommen wird, kleiner ist, wobei der Radius so gewählt ist, dass die Summe der Querschnittsflächen der Rohre 310, 312; 310', 312' gleich oder in etwa gleich der Querschnittsfläche der Rohre 314; 314' ist.
In manchen Bausituationen kann es wünschenswert sein, nur ein Rücklaufrohr zu haben. Dazu besteht grundsätzlich die Möglichkeit, einen entsprechenden Einsatz vorzusehen, welcher zwei Sondenfuß-Unterteile miteinander verbindet, um die Ströme in einem abgehenden Rohr zu bündeln. Allerdings macht diese Variante sehr aufwendige Spritzgusswerkzeuge erforderlich und steht überdies dem erfindungsgemäßen Baukastenprinzip entgegen.
Eine mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung verträgliche Lösung ist in Figur 16 dargestellt. Dabei wird ein Sondenfuß 300 nach Figur 5b in flächenoptimierter Ausführung verwendet. Aus den entsprechenden Muffen der Adapter 70, 70' werden die Rohre 314, 314' mit großem Querschnitt herausgeführt. In einem gewissen Abstand von den Adaptern ist ein beispielsweise aus der EP 1 036 974 Bl bekanntes standardmäßiges Y-Stück 320 eingesetzt, welches die beiden Rohre 314, 314' mit großem Querschnitt zu einem weiterfuhrenden Rohr 322 mit entsprechend weiter vergrößertem Querschnitt zusammenfuhrt. Durch diese einfache Gestaltung können die Oberflächenverhältnisse von Vorlauf/Rücklauf optimiert werden, des Weiteren kann auf ein (weiterführendes) Rohr verzichtet werden, was die Kosten und den Aufwand bei der Einbringung der Erdwärmesonde reduziert.
Figur 17 zeigt schließlich die komplett aufgebaute Erdwärmesonde, bei der neben den Rohren 314, 314' mit großem Querschnitt, die über das integrierte Y-Stück 320 als Rohr 322 weiter- geführt werden, auch die Rohre 310, 312; 310', 312' mit kleinerem Querschnitt über die Adapter 70, 70' mit dem Sondenfuß 300 verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung stellt zahlreiche Varianten eines Sondenfußes zur Verfügung, der vor Ort bzw. werksseitig werkzeuglos zusammengesetzt werden kann. Durch das „Baukastensystem" kann der Sondenfuß je nach Einsatz und Anwendungszweck mit dem geeigneten Adapterstück als Übergang versehen werden.
Die Setzgewichte und die Leckageüberwachung können auch mit anderen Sondenfüßen als den hierin beschriebenen verwendet werden, gegebenenfalls, nachdem Anpassungen an diesen vorgenommen sind.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

Ansprüche
1. Sondenfuß einer Erdwärmesonde, mit
mindestens einem Sondenfuß-Unterteil, welches die Umlenkung von einem Medienzulauf zu einem Medienrücklauf enthält und welches eine Aufnahme (12) für einen Adapter (60, 70) aufweist, in die der Medienzulauf und der Medienrücklauf getrennt voneinander münden; und
mindestens einem Adapter (60, 70), der in oder über der Aufnahme (12) eines jeweiligen Sondenfuß-Unterteils sitzt und mit diesem fluid- und druckdicht verbunden ist;
wobei der Adapter (60, 70) mindestens einen Muffenbecher für den Medienzulauf und mindestens einen Muffenbecher für den Medienrücklauf aufweist.
2. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sondenfuß-Unterteil (10) an seiner Außenseite eine Formschlussfläche (30) mit Erhebungen (34, 36) und/oder Vertiefungen (32, 38) aufweist, die so angeordnet und gestaltet sind, dass ein baugleiches Sondenfuß-Unterteil (10') mit seiner Formschlussfläche im Wesentlichen passgenau auf die Formschlussfläche (30') aufzulegen ist und dass somit eine Verschiebung der beiden Sondenfuß-Unterteile (10, 10') relativ zueinander unterbunden ist.
3. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Formschlussfläche (30) im Wesentlichen über die Höhe und/oder über die Breite des Sondenfuß- Unterteils (10) erstreckt.
4. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umriss der Formschlussfläche (30) im Wesentlichen rechtwinklig ist.
5. Sondenfuß-Unterteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussfläche wenigstens zwei in Bezug auf einen Mittelpunkt der Formschlussfläche diametral angeordnete Erhebungen (34, 36) und/oder Vertiefungen (32, 38) aufweist.
6. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussfläche zwei sich im Mittelpunkt berührende, quaderförmige Erhebungen (34, 36) und/oder Vertiefungen (32, 38) aufweist.
7. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Aufnahme (12) ein Aufprallschutz (14) vorgesehen ist.
8. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufprallschutz eine Rippenstruktur insbesondere eine gitterartige Rippenstruktur (16, 18) ist.
9. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufprallschutz (14) aus Schaumstoff gebildet ist.
10. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Aufprallschutzes (14) eine durchgehende Bohrung (20) vorgesehen ist, mittels der ein Setzgewicht und/oder eine Halterung für ein Schubgestänge oder dergleichen anzubringen ist.
11. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (12) mindestens ein Positionierelement (22) aufweist, welches die Position des Adapters (60, 70) eindeutig festlegt.
12. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (12) zylindrische Bereiche für das Elektroschweißen oder für das Heizelement-Muffenschweißen aufweist.
13. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (12) für das Laserschweißen konisch gestaltet ist.
14. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freiliegende Oberfläche der Umlenkung Strömungshindernisse aufweist, welche eine laminare oder eine turbulente Strömung erzeugen.
15. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass seine Breite im Bereich des Aufprallschutzes (14) geringer ist als im Bereich der Aufnahme (12).
16. Sondenfuß-Unterteil in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seine Querschnittsfläche im Wesentlichen oval, halboval oder rechteckig ist, wobei die Länge der Hauptachse etwa gleich dem Zweifachen der Länge der Nebenachse ist.
17. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es im Bereich der Formschlussfläche (30) eine in Höhenrichtung durchlaufende, im Wesentlichen halbkreisförmige Nut (40) aufweist, in die ein Aufnahmegestänges (50) einzusetzen ist.
18. Sondenfuß-Unterteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (40) radial vorstehende Absätze (42) aufweist.
19. Adapter in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Einsatzstück (62) aufweist, auf das eine Doppelmuffe (63, 64) aufgebracht ist, wobei jeweils ein Muffenbecher für den Medienzulauf und ein Muffenbecher für den Medienrücklauf vorgesehen ist.
20. Adapter in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Einsatzstück (22) aufweist, auf den eine Doppelmuffe (72, 74) für den Medienzulauf / Rücklauf und ein Muffenbecher (76) für den Medienrücklauf / Zulauf aufgebracht ist.
21. Adapter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Muffenbecher einer Doppelmuffe (63, 64; 73, 74) mit einer Heizwendel für den Anschluss von Rohrleitungen versehen ist.
22. Adapter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwendel von einem Muffenbecher (63; 73) über einen Überlappungsbereich (67; 77) in dem die Muffenbecher aneinander grenzen, in den zweiten Muffenbecher (64; 74) geführt ist.
23. Adapter in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Absatz (216) im jeweiligen Muffenbecher, in dem gegebenenfalls Schutzschichten eines Rohrsystems (200, 200') aufgenommen werden können.
24. Adapter in einem Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Halter (68) für ein Verfüllrohr aufweist.
25. Sondenfuß nach Anspruch 1, aufgebaut für eine Einkreis-Erdwärmesonde, bestehend aus lediglich einem Sondenfuß-Unterteil (10, 10') und einem Adapter (60, 70).
26. Sondenfuß nach Anspruch 1, aufgebaut für eine Zweikreis-Erdwärmesonde, bestehend aus einem ersten Sondenfuß-Unterteil (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 18 und einem zweiten Sondenfuß-Unterteil (10') nach einem der Ansprüche 2 bis 18, wobei das erste und das zweite Sondenfuß-Unterteil (10, 10') mit ihrer jeweiligen Formschlussfläche (30, 30') aneinander liegen und mit einem sie umgebenden Haltering (80) aneinander gesichert sind.
27. Sondenfuß nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Sondenfuß-Unterteil (10, 10') ein Aufnahmegestänges (50) teilweise umschließen.
28. Sondenfuß nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass in die Aufnahme des ersten und des zweiten Sondenfuß-Unterteils (10, 10') ein Adapter nach einem der Ansprüche 20 bis 24 eingesetzt ist.
29. Setzgewicht, insbesondere zur Verwendung mit einem Sondenfuß nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass es einen länglichen Grundkörper aufweist, dessen erstes Ende eine Aufnahme (102) zumindest für den unteren Bereich eines Sondenfußes aufweist, die den unteren Bereich des Sondenfußes zumindest teilweise umschließt.
30. Setzgewicht nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (104) konisch zulaufend ausgebildet ist.
31. Setzgewicht nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende mit einer Aufnahme (106) zum direkten oder indirekten Ankoppeln eines weiteren Setzgewichtes versehen ist.
32. Modulares Setzgewicht, mit einem Setzgewicht nach Anspruch 31 und mindestens einem Setzgewicht nach Anspruch 31, die über ein oder mehrere Zwischenstücke (108) miteinander gekoppelt sind.
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