NL1010725C1 - Werkwijze voor het in de bodem aanbrengen van een bodemwarmtewisselaar, alsmede een bodemwarmtewisselaarsamenstel. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het in de bodem aanbrengen van een bodemwarmtewisselaar, alsmede een bodemwarmtewisselaarsamenstel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het in de bodem aanbrengen van een bodemwarmtewisselaar, welke bodemwarmtewisselaar dient voor het onttrekken en/of toevoeren van warmte aan de omliggende bodem.

5 Het gebruik van bodemwarnitewisselaars om warmte aan de bodem te onttrekken of juist warmte toe te voeren aan de bodem om deze later weer te kunnen onttrekken is algemeen bekend. Zo worden in landen als Zwitserland, Duitsland en Oostenrijk bodemwarmtewisselaars aangebracht die tot een 10 diepte van ongeveer 100-120 meter in de bodem steken. Om dergelijke bodemwarmtewisselaars in de bodem aan te brengen wordt gewoonlijk eerst een gat geboord in de bodem en daarna wordt de warmtewisselaar in het geboorde gat geplaatst.

Er zijn ook andere methoden bekend om een 15 bodemwarmtewisselaar in de bodem te brengen. Zo beschrijft FR 2 492 043 een werkwijze, waarbij een lange lans in de bodem wordt gedrukt, welke lans san zijn onderzijde is voorzien van een rol waar een flexibele circulatieleiding omheen ligt. Een part van deze leiding loopt door het 20 inwendige van de lans omhoog en het andere part loopt langs de buitenzijde van de lans. Aan de onderzijde van de lans bevindt zich een scharnierend deksel, dat bij het in de bodem drukken van de lans de onderzijde van de lans afsluit en dat tevens zo groot is dat in de bodem een sleuf wordt 25 gevormd waar het buiten langs de lans liggende part van de circulatieleiding in past. Nadat de lans tot de gewenste diepte in de bodem is gedrukt, wordt de lans omhoog gehaald. Hierbij scharniert het deksel en beweegt met de lans mee omhoog, waarbij de circulatieleiding in de bodem 30 achterblijft.

Ook is het bekende bodemwarmtewisselaars in de bodem te heien, voorbeelden daarvan zijn beschreven in DE 31 14 262 en EP 0 046 725.

1 o 1 07 2 Ü - 2 -

De onderhavige uitvinding beoogt een alternatieve werkwijze te verschaffen voor het in de bodem brengen van een bodemwarmtewisselaar, welke werkwijze eenvoudig uitvoerbaar is en het mogelijk maakt het kostenniveau voor 5 de toepassing van bodemwarmtewisselaars te verlagen ten opzichte van de huidige stand der techniek, zodat een grootschalige toepassing van bodemwarmtewisselaars economisch aantrekkelijk wordt.

De onderhavige uitvinding verschaft volgens een 10 eerste aspect daarvan een werkwijze voor het in de bodem brengen van een bodemwarmtewisselaar volgens de aanhef van conclusie 1, die is gekenmerkt doordat de werkwijze de stappen omvat van: - het in de bodem brengen van een langwerpige holle buis, 15 waarbij zich aan het onderste uiteinde van de buis een kop bevindt, welke kop ontkoppeld is van de buis of daarvan ontkoppeld kan worden, - het neerlaten van de bodemwarmtewisselaar in de in de bodem gebrachte holle buis en het koppelen van de 20 neergelaten bodemwarmtewisselaar met de kop, en - het uit de bodem omhoogbrengen van de holle buis onder ontkoppeling van de kop van de buis, zodanig dat de kop en de daarmee gekoppelde bodemwarmtewisselaar achterblijven in de bodem.

J 25 De koppeling van de bodemwarmtewisselaar met de in de bodem gedreven kop heeft tot resultaat dat bij het omhoogbrengen van de holle buis de bodemwarmtewisselaar niet wordt meegetrokken door de omhoogbewegende buis, zodat de kop dus in feite als een soort anker werkt. Deze verankering 30 brengt de voordelige mogelijkheid met zich mee de inwenidige doorsnedeafmetingen van de holle buis zo uit te maken dat de bodemwarmtewisselaar daar met een geringe speling in past aangezien de verankering waarborgt dat de bodemwarmtewisselaar niet door wrijving of inklemming in de 35 buis mee omhoog beweegt. Daaruit vloeit als voordeel uit voort dat de holle buis vanwege de geringe (buiten-) doorsnede gemakkelijk in de bodem kan worden gebracht en 1 0 1 J; > j - 3 - tevens het voorddel dat na het verwijderen van de holle buis de achterblijvende circulatieleiding goed in contact komt met de daaromheen liggende bodem.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van deze werkwijze 5 zijn de in de bodem achterblijvende kop en de bodemwarmtewisselaar voorzien vah samenwerkende koppelmiddelen, die zodanig zijn uitgevoerd dat bij het neerlaten van de bodemwarmtewisselaar in de in de bodem gebrachte holle buis automatisch een koppeling met de kop 10 wordt gerealiseerd. De koppelmiddelen kunnen bijvoorbeeld klemmiddelen omvatten, maar ook andere oplossingen, zoals een automatisch werkende haakconstructie, zijn ook denkbaar.

In een variant kan er in zijn voorzien dat de koppelmiddelen niet automatisch werken. Bijvoorbeeld 15 omvatten de koppelmiddelen dan schroefdraadmiddelen of een soort bajonetkoppeling, die vereisen dat de bodemwarmtewisselaar ten opzichte van de kop wordt geroteerd.

Het zal duidelijk zijn dat het in de bodem brengen 20 van de holle buis met de in de bodem achterblijvende kop op elke geschikte methode kan plaatsvinden; de keuze van de methode zal met name afhangen van de gesteldheid van de bodem, de gewenste diepte, en eventueel de omgeving waarin de bodemwarmtewisselaar wordt aangebracht. Zo zou de holle 25 buis in de bodem kunnen worden geheid, maar als er bestaande bebouwing is en/of de bodem betrekkelijk zacht is kan de holle buis ook in de bodem worden gedrukt. Het is eveneens denkbaar dat de holle buis in de bodem wordt gespoeld.

Het is mogelijk dat voor het in de bodem brengen van 30 een bodemwarmtewisselaar op de wijze volgens de uitvinding gebruik wordt gemaakt van een voertuig van het type dat voor het sonderen van de bodem momenteel algemeen bekend is. Een dergelijk sondeervoertuig wordt onder andere door aanvraagster op de markt gebracht en heeft een 35 drukinrichting waarmee een uit axiale segmenten samenstelbare holle buis met aan het einde daarvan een kop in de bodem kan worden gedrukt. De maximale drukkracht van 1 0 1 07 2 5 - 4 - een momenteel in de handel verkrijgbaar sondeervoertuig bedraagt tot 20 - 25 ton.

Het is bekend dat in Nederland tot op een diepte van 20 - 50 meter een temperatuur heerst van gemiddeld 10,3 - 11 5 °C. Deze temperatuur is slechts in geringe mate lager dan de temperatuur op een diepte van 120 meter, die gemiddeld zo'n 12 °C bedraagt. Het lagere energetische rendement dat het gevolg is van de lagere temperatuur die samenhangt met de kleinere diepte die met in de bodem drukken kan worden 10 bereikt ten opzichte van boren, wordt echter in economische : zin ruimschoots gecompenseerd doordat gebruik kan worden gemaakt van eenvoudige en bij voorkeur op zich bekende drukinrichtingen.

De onderhavige uitvinding zal hierna nader worden 15 toegelicht aan de hand van de tekening. Daarbij toont: fig. 1 schematisch het in de bodem brengen van een bodemwarmtewisselaar volgens de uitvinding, en figs. 2a, 2b en 2c het gebied nabij de in de bodem gebrachte kop in doorsnede tijdens drie stadia van de 20 werkwijze volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een voertuig 1, waarop een druk- en trekinrichting 2 is geplaatst, die op een holle buis 3 een naar beneden gerichte drukkracht kan uitoefenen voor het in 25 de bodem drukken van de buis 3 en tevens een in de bodem gedrukte buis 3 weer uit de bodem kan trekken. Het voertuig 1 heeft wielen 4, waarmee op de openbare weg kan worden gereden, en verder aan elke zijkant van het voertuig 1 een rupsketting 5. Met de naast elkaar liggende rupskettingen 5 30 en een bijbehorende aandrijving kan het voertuig 1 zich in het terrein verplaatsen.

Het voertuig 1 is voorzien van stelmiddelen, in dit voorbeeld hydraulisch stempels tussen de rupskettingen 5 en het chassis van het voertuig 1, voor het instellen van de 35 stand van de druk- en trekinrichting 2 ten opzichte van de bodem. Verder heeft het voertuig 1 bij voorkeur meetmiddelen voor het meten van de drukkracht die nodig is om de buis 3 •ί Γ *! Π 7 7 · { kJ i kj i - 5 - naar beneden te drukken en voor het meten van de afstand waarover de buis 3 in de bodem is gedrukt.

De holle buis 3 wordt samengesteld uit met elkaar koppelbare axiale segmenten 7, die zijn opgeslagen in een 5 voorraadhouder 8 in het voertuig 1. Telkens wanneer de buis 3 over een bepaalde afstand in de bodem is gedrukt, wordt deze aan zijn bovenste einde verlengd met een volgend buissegment totdat de gewenste diepte is bereikt of de buis 3 niet verder de bodem in kan worden gedrukt.

10 Aan het onderste einde van de holle buis 3 is een kop 10 aanwezig, welke kop 10 hierna zal worden toegelicht, in het bijzonder aan de hand van de figuren 2a,2b en 2c.

In de figuren 2a-c is te herkennen dat de kop 10 in dit voorbeeld met een naar beneden wijzende punt is 15 uitgevoerd, eventueel met een asymetrische punt, en aan zijn bovenzijde een uitsteeksel 11 heeft, dat in een kopopnamebus 12 past, daarbij klemmend vastgehouden door klemmiddel 13, in dit geval een O-ring. De kopopnamebus 12 is vastgezet aan het onderste segment van de buis 3, in dit voorbeeld met een 20 schroefdraadverbinding. Te herkennen is dat de doorsnede van de kop 10 enigzins groter is dan van de buis 3.

In de figuren 2a-c is verder het onderste gedeelte van een verder niet weergegeven bodemwarmtewisselaar 15 te herkennen. Deze bodemwarmtewisselaar 15 omvat in dit 25 voorbeeld een slank langwerpig lichaam, dat wordt gevormd door een enkele circulatieleiding 16 voor een warmtetransportmedium, bijvoorbeeld water.

De getoonde circulatieleiding 16 is hoofdzakelijk samengesteld uit twee naast elkaar lopende leidingdelen 16a, 30 16b, die aan hun onderste einde aansluiten op een verbindingsstuk 16c, in dit voorbeeld met een wartelaansluiting. In het verbindingsstuk 16c is een kanaal aanwezig dat de beide leidingdelen 16a, 16b met elkaar verbindt. De leidingdelen 16a, 16b zijn bij voorkeur 35 enigzins flexibele kunststof leidingdelen, maar uiteraard kunnen deze leidingdelen ook van metaal zijn.

Het in de bodem brengen van de bodemwarmtewisselaar 1 o 1 U ,· ü u - 6 - 15 wordt als volgt gerealiseerd.

Eerst wordt op de bedoelde plaats met behulp van het voertuig 1 de buis 3, aan het onderste einde voorzien van de kop 10, in de bodem gedrukt. Dit geschiedt zonder dat de 5 bodemwarmtewisselaar in de buis 3 aanwezig is. Indien de kop 10 op de gewenste diepte is gekomen, wordt het in de bodem drukken van de buis 3 beëindigd.

Vervolgens wordt de bodemwarmtewisselaar 15 neergelaten in de zich in de bodem bevindende buis 3, 10 waarbij het verbindingsstuk 16c uiteindelijk in de buurt komt van de kop 10 (figuur 2a) en daarna tegen de kop 10 komt (figuur 2b).

In de figuren 2a-c is te herkennen dat de bodemwarmtewisselaar 15 en de kop 10 zijn voorzien van 15 samenwerkende koppelmiddelen, die hier zodanig zijn uitgevoerd dat bij het neerlaten van de bodemwarmtewisselaar 15 in de buis 3 automatisch een koppeling met de kop 10 wordt gerealiseerd. In dit voorbeeld omvatten deze koppelmiddelen een van schroefdraad of andere vertanding 20 voorzien uitsteeksel 18 aan het onderste einde van de bodemwarmtewisselaar 15 en verder een of meer aan de kop 10 aangebrachte verende lippen 19, die in ingrijping komen met het uitsteeksel 18 van de naar beneden zakkende bodemwarmtewisselaar 15. De koppelmiddelen zijn zodanig ; 25 uitgevoerd dat indien de koppeling eenmaal totstand is gebracht de koppeling gehandhaafd blijft wanneer men de bodemwarmtewisselaar omhoog tracht te trekken.

In een variant zouden de koppelmiddelen ook de toepassing van lijm, kunsthars of een ander hechtmateriaal, 30 bijvoorbeeld cement, kunnen omvatten om de bodemwarmtewisselaar met de kop te verbinden.

Bij het neerlaten van de bodemwarmtewisselaar 15 zal derhalve op een bepaald moment automatisch een koppeling tussen het uitsteeksel 18 en de kop 10 worden gerealiseerd. 35 In een daarop volgende stap wordt de buis 3 uit de bodem omhooggetrokken met behulp van het voertuig 1, waarbij telkens een buissegment wordt afgeschroefd van de buis. Ook 1010725 - 7 - al is er - vanwege de geringe speling tussen de binnenzijde van de omhoogbewegende buis 3 en de bodemwarmtewisselaar 15 - sprake van een aanzienlijk wrijving tussen de buis 3 en de bodemwarmtewisselaar 15, dan zal de warmtewisselaar 15 5 niet mee omhoog bewegen omdat de kop 10 als het ware als verankering van het onderste einde van de bodemwarmtewisselaar 15 in de bodem dient. Opgemerkt wordt dat de buis 3, bewust of onbewust, een of meer krommingen kan vertonen, waardoor de wrijving nog groter zal zijn dan 10 indien de buis 3 recht is. Verder zullen ook de delen 16a en 16b van de circulatieleiding 16 in de praktijk gekromd en daarom aanliggen tegen de binnenzijde van de buis 3.

De kop 10 steekt in dit voorbeeld buiten de buis 3 uit, waardoor wordt bevorderd dat de kop 10 bij het 15 omhoogtrekken van de buis 3 achterblijft. Het is echter ook denkbaar dat de kop dezelfde of zelfs een kleinere doorsnede heeft dan de buis en daarbij is voorzien van verankeringsmiddelen, bijvoorbeeld een of meer naar buiten te bewegen ankeruitsteeksels, om de kop stevig in de bodem 20 vast te zetten. De kop zou ook kunnen zijn uitgevoerd als een op andere wijze in doorsnede expandeerbare kop.

In figuur 2c is te zien dat de buis 3 omhoog is bewogen en daarbij van de kop 10 ontkoppeld is, zodat de kop 10 in de bodem achterblijft. Tevens is te zien dat de 25 bodemwarmtewisselaar 15 door de kop 10 wordt vastgehouden.

In dit voorbeeld wordt de kop 10 als het ware automatisch ontkoppeld van de buis 3 als de buis 3 omhoog wordt getrokken. Het is ook denkbaar dat er sprake is van een bedienbare vergrendeling tussen de kop en de buis, welke 30 vergrendeling dan wordt bediend om de kop en de buis te ontkoppelen.

Doordat de bodemwarmtewisselaar 15 pas wordt geplaatst als de buis 3 tot (vrijWel) de gewenste diepte in de bodem is gedreven, kan op voordelige wijze worden gewerkt 35 met een holle buis 3 die wordt samengesteld uit aan elkaar te bevestigen buissegmenten. Daarbij worden deze buissegmenten dan tijdens het in de bodem drukken i 0 1 o 7 2 5 - 8 - successievelijk aan elkaar bevestigd. Hierbij vormt de bodemwarmtewisselaar geen storende faktor aangezien die dan nog niet aanwezig is in de buis 3. Bovendien is het bij deze handelswijze toelaatbaar op het bovenste einde van de buis 3 5 te drukken zonder het risico van beknelling van de bodemwarmtewisselaar 15 aangezien deze dan nog niet is geplaatst.

In een niet getoonde variant is het denkbaar dat middelen zijn voorzien om de bodemwarmtewisselaar in de buis 10 3 naar beneden te bewegen, met name indien, bijvoorbeeld door kromming van de buis 3, bij het neerlaten van de bodemwarmtewisselaar 15 een grote wrijving moet worden overwonnen. In een mogelijke uitvoering hiervan is aan de kop 10 een katrol aangebracht, waar een intrekdraad omheen 15 loopt, dat koppelbaar is met de bodemwarmtewisselaar om deze naar beneden te trekken in de buis 3.

In een andere variant zou er in kunnen zijn voorzien dat het verbindingsstuk 16c afdichtend in de buis 3 past en gas- of vloeistofdruk wordt benut om het verbindingsstuk -20 en de daarmee gekoppelde leidingdelen 16a en 16b in de richting van de kop 10 te stuwen.

De beide leidingdelen 16a, 16b van de circulatieleiding kunnen aan de bovenzijde daarvan respectievelijk zijn voorzien van een toevoer- en een 25 afvoeraansluiting voor het warmtetransportmedium.

1 0 1 0725

Claims (11)

1. Werkwijze voor het in de bodem aanbrengen van een bodemwarmtewisselaar die is ingericht voor het onttrekken of 5 toevoeren van warmte aan de omliggende bodem, welke bodemwarmtewisselaar een langwerpig lichaam heeft met een of meer circulatieleidingen voor eeh warmtetransportmedium, met het kenmerk, dat de werkwijze de stappen omvat van: - het in de bodem brengen van een langwerpige holle buis 10 (3), waarbij zich aan het onderste uiteinde van de buis een kop (10) bevindt, welke kop (10) ontkoppeld is van de buis (3) of daarvan ontkoppeld kan worden, - het neerlaten van de bodemwarmtewisselaar (15) in de in de bodem gebrachte holle buis (3) en het koppelen van de 15 neergelaten bodemwarmtewisselaar (15) met de kop (10), en - het uit de bodem omhoogbrengen van de holle buis (3) onder ontkoppeling van de buis (3) van de kop (10), zodanig dat de kop (10) en de daarmee gekoppelde bodemwarmtewisselaar (15) achterblijven in de bodem. 20

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij koppelmiddelen worden toegepast die zodanig zijn uitgevoerd dat bij het neerlaten van de bodemwarmtewisselaar automatisch een koppeling met de kop wordt gerealiseerd. 25

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij een kop wordt toegepast die zodanige afmetingen heeft dat de kop (10) buiten de holle buis uitsteekt.

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij elke circulatieleiding (16) twee kunststof leidingdelen omvat, die zich uitstrekken tussen de bovenzijde en de onderzijde van de bodemwarmtewisselaar (15), waarbij de leidingdelen (16a,16b) aan de onderzijde 35 via een verbindingsstuk (16c) met elkaar zijn verbonden.

5. Werkwijze volgens conclusie een of meer van de 1010725 - 10 - voorgaande conclusies, waarbij de holle buis (3) in een kromme baan in de bodem wordt gedrukt.

6. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande 5 conclusies, waarbij gebruik wordt gemaakt van een uit met elkaar koppelbare axiale buissegmenten samenstelbare buis (3).

7. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande 10 conclusies, waarbij gebruik wordt gemaakt van een verrijdbaar voertuig (1), waarop een druk- en trekinrichting (2) voor de buis (3) is geplaatst, waarbij het voertuig is ' voorzien van middelen (6) voor het instellen van de stand van de druk- en trekinrichting (2) ten opzichte van de 15 bodem.

8. Bodemwarmtewisselaarsamenstel ingericht om in de bodem te worden aangebracht voor het onttrekken of toevoeren van warmte aan de omliggende bodem, omvattende een bodemwarmtewisselaar met een of meer circulatieleidingen 5 voor een warmtetransportmedium, welke circulatieleidingen zich uitstrekken tussen de bovenzijde en de onderzijde van de bodemwarmtewisselaar, verder omvattende een kop bestemd om aan de onderzijde van de bodemwarmtewisselaar te worden aangebracht, met het kenmerk, dat de bodemwarmtewisselaar “ 10 (15) en de kop (10) zijn voorzien van samenwerkende koppelmiddelen, die een automatische koppeling totstandbrengen wanneer de bodemwarmtewisselaar de kop nadert.

9. Bodemwarmtewisselaarsamenstel volgens conclusie 8, waarbij de kop is ingericht voor het daarop aangrijpen van een holle buis (3), waarmee op de kop een kracht kan worden uitgeoefend voor het in de bodem brengen van de kop.

10. Bodemwarmtewisselaarsamenstel volgens conclusie 8 of 9. waarbij de bodemwarmtewisselaar één circulatieleiding 1 01 0725 - 11 - (16) heeft, die in hoofdzaak bestaat uit twee evenwijdige leidingdelen (16a,16b).

11. Bodemwarmtewisselaarsamenstel volgens een of meer 5 van de conclusies 8-10, waarbij de kop (10) een naar beneden wijzende punt heeft, die asymmetrisch is uitgevoerd, zodanig dat de kop tijdens het in de bodem drukken in een vooraf bepaalde richting zijwaarts wil verplaatsen ten opzichte van de richting van de kracht die door de buis op de kop wordt 10 uitgeoefend. 1 0 1 07 25