WO2008106699A1 - Erdsondenanlage - Google Patents

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WO2008106699A1
WO2008106699A1 PCT/AT2008/000069 AT2008000069W WO2008106699A1 WO 2008106699 A1 WO2008106699 A1 WO 2008106699A1 AT 2008000069 W AT2008000069 W AT 2008000069W WO 2008106699 A1 WO2008106699 A1 WO 2008106699A1
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WO
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probe
positive
ground
line
earth
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PCT/AT2008/000069
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English (en)
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WO2008106699A8 (de
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Armin Amman
Wilhelm Sonderegger
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A & S Umwelttechnologie Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24T10/17—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 tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/18—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for removing contaminants, e.g. for degassing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/08—Fastening; Joining by clamping or clipping
    • F28F2275/085—Fastening; Joining by clamping or clipping with snap connection
    • 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 ground probe system for receiving thermal energy from the earth and / or for delivering thermal energy to the ground, which comprises at least one ground probe with a line system comprising an outgoing line and a return line for a heat transfer medium, and a Connecting line system, by means of which the heat transfer medium of a respective geothermal probe via a supply line leading to this probe can be fed and via which the heat transfer medium from a respective geothermal probe via a leading away from this geothermal discharge line can be discharged.
  • Geothermal probes for the extraction of geothermal energy which in contrast to surface collectors protrude into the depths of the ground, are known in different embodiments.
  • ground probes which are sunk directly into the ground, in particular rammed or vibrated
  • embodiments which are used in a borehole introduced into the ground or are inserted into a cavity which is present in a component introduced into the ground, for example in a rammed steel or concrete pipe, a rammed-in pilot or a foundation.
  • Geothermal probes also used in in-situ concrete are known.
  • the built-in ground probe is connected via a feed and a discharge line with an energy utilization system for heat and / or cold, for example with a heat pump, wherein a circuit for the heat transfer medium is formed. If a single geothermal probe is insufficient to receive and / or deliver the required energy, a ground probe system with multiple geothermal probes is formed. Conventionally, the geothermal probes are each connected via separate feed and discharge lines to a common distributor / collector. Thus, in such a system, a plurality of parallel probe circuits each having a single ground probe are formed. Or distribution and collection pipes are laid along the probe locations, to which then the individual ground probes are connected in parallel, usually by the Tichelmann method.
  • EP 1 486 741 B1 discloses a ground probe in which an outer tube is sunk by ramming into the ground.
  • This outer tube consists of several assembled pipe sections.
  • the compound is preferably designed as a tight push-in socket connection.
  • a lining tube is used in the sequence, which may consist of individual pieces of pipe, which are inserted piece by piece in the outer tube and sealed by welding.
  • a corrugated plastic hose with the required overall length can be used as lining pipe.
  • the space between the Outer tube and the lining tube is potted in the episode with a pouring mass.
  • an already assembled inner tube is inserted into the lining tube.
  • the inner tube forms the outgoing line for a heat transfer medium, while the intermediate space between the inner tube and the A ⁇ s mecanicsrohr forms the return line for the heat transfer medium.
  • the production of such a geothermal probe is associated with a considerable on-site installation effort.
  • a geothermal probe to be introduced into a borehole in the ground is known, for example, from AT 007 510 U1.
  • an inner tube is arranged, whereby the return line for the heat transfer medium is formed.
  • the heat probe is designed as a prefabricated unit and can be brought to the construction site in the rolled-up state. For a particular ground probe with a desired length, a prefabricated unit of this length must be formed.
  • a trained in an analogous manner, introduced into a concrete foundation element of a structure geothermal probe is known from AT 007 887 U1.
  • U-probes In addition to so-called “coaxial systems", in which the forward and return lines are formed by juxtaposed, in particular coaxially arranged tubes, so-called “U-probes” are known in which the forward and return lines are formed by tubes arranged next to one another. In addition to single-U probes with a single return line, double-U probes with two forward and two return lines are known. Such a U-probe can be seen for example from EP 582 118 A1. The forward and return lines are connected at their lower end by elbow pieces or other foot parts, which deflect the heat transfer medium by 180 ° with each other.
  • a head piece is attached in each case, which is connected by welding or gluing to the lines and has a connection for connection to the feed line or for connection to the discharge line for feeding and discharging a heat transfer medium .
  • the forward and return lines of the ground probe are formed by continuous long tubes.
  • Another U-probe is known for example from EP 1 006 322 A2.
  • a pipe formed from a plurality of pipe sections is first driven into the ground.
  • the piping system is introduced and connected to an end piece at the lower end of the rammed pipe.
  • the rammed pipe is pulled out of the ground in the sequence, apart from the tail.
  • the object of the invention is to provide a simple mountable earth probe system of the type mentioned. According to the invention, this is achieved by a ground probe system having the features of claim 1.
  • connection of the supply and discharge lines with a respective geothermal probe by means of a patch on the probe probe head, the first and second connections for the formation of compounds, of which at least one positive and / or non-positive, having the conduit system of the ground probe and third and fourth connections for forming positive and / or non-positive connections with the supply and discharge lines.
  • the installation of the probe system is thereby considerably simplified.
  • the connections to the pipe system of the ground probe and / or to the feed line and the discharge line to or from this ground probe are preferably designed in the form of plug connections or plug-in couplings, whereby a particularly simple assembly is made possible.
  • plug connection or plug-in coupling the parts to be joined together.
  • latching devices are preferred.
  • the plug connection or plug-in coupling can be separable (detachable) or inseparable (for example by latching elements).
  • a connector could also be used another type of positive and / or non-positive connection, for. B. a screw connection.
  • the probe head is formed with a passage connecting the third and fourth ports, whereby a bypass is formed, over which a portion of the heat transfer medium is conducted past the probe.
  • a passage By means of such a passage, the probe flow in relation to the total circulation amount of the heat transfer medium can be adjusted.
  • the side effect is a simple venting of two or more ground probes connected in series.
  • a passage with an adjustable passage cross-section can be provided.
  • the passage can be formed by an opening in which an insert with a desired passage cross-section is inserted, with inserts having different passage cross-sections being present.
  • a ground probe system according to the invention may also have a plurality of parallel probe circuits, each comprising at least one, preferably more than one, ground probe.
  • a ground probe system according to the invention may also comprise only one probe circuit with a single earth probe.
  • a respective earth probe of the earth probe system comprises at least one probe module which forms a section of the forward and / or return line of the geothermal probe, and a foot piece which forms a section of the earth probe line system connecting the back and the return line which is connected to the lower end of the probe module or the lower end of a lowermost of the probe modules of the ground probe by means of at least one positive and / or non-positive connection, preferably plug connection. It becomes a simple one Assembly of the ground probe reached on the construction site.
  • connection can be made directly by mating the portion of the conduit system of the foot with the respective portion of the forward and / or return line of the probe module, wherein between the portion of the conduit system of the foot and the respective portion of the forward and / or return line of the probe module, a respective Plug connection is formed.
  • at least one coupling piece may be present, which is plugged together both with the portion of the conduit system of the foot piece and with the respective portion of the forward and / or return line of the probe module, wherein in each case a plug connection is formed.
  • another detachable connection for example a screw connection, could also be provided.
  • At least one ground probe preferably a respective ground probe
  • a respective probe module represents a section of the longitudinal extension of the earth probe to be produced, wherein it forms a section of the forward or return line or the forward and return line of the earth probe's pipe system.
  • Two probe modules can each be connected to one another by at least one positive and / or non-positive connection, preferably a plug connection, with the respective sections of the forward and / or return lines of the two probe modules being connected to one another.
  • the connection can be made directly by plugging the sections of the forward and / or return line of the two probe modules, wherein between the two sections of the outward and / or between the two sections of the return line, a plug connection is formed.
  • At least one coupling piece may be present, which is plugged together with the two sections of the forward line to be connected or with the two sections of the return line to be connected, wherein in each case a plug connection is formed.
  • a plug connection another detachable connection can also be provided, for example a screw connection.
  • ground probes of different lengths can thus be formed.
  • Figure 1 is a schematic representation of a ground probe system according to the invention with a plurality of earth probes connected in series.
  • Fig. 2 and Fig. 3 is a longitudinal center section and a cross section (section line AA of Fig. 2) by a ground probe module for forming a ground probe according to a first embodiment;
  • 5 shows a longitudinal center section through a foot piece plugged onto a probe module
  • 6 shows a longitudinal center section through a probe head plugged onto a probe module
  • FIG. 7 shows a second embodiment of a ground probe with a probe head connected to the upper end, the ground probe in longitudinal section;
  • Fig. 12 is a cross section taken along the line D-D of Fig. 11; 13 shows a longitudinal center section of a foot piece according to this embodiment, which is assembled with a probe module according to FIGS. 9 to 12; 14 shows a longitudinal center section of a probe head according to this embodiment, which is assembled with a probe module according to FIGS. 9 to 12; 15 shows a fourth embodiment of a ground probe with a probe head connected to the upper end, in side view;
  • FIG. 16 shows a longitudinal middle section of an upper section of a ground probe with line sections which are connected to the probe head;
  • FIG. 17 shows a cross section through a probe module according to another embodiment of a ground probe, section line F-F of FIG. 18;
  • Fig. 18 is a longitudinal center section taken along the line E-E of Fig. 17;
  • FIGS. 17 and 18 shows two assembled probe modules of the embodiment according to FIGS. 17 and 18 in the connection area, in the longitudinal center section.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a possible embodiment of a ground probe system for receiving thermal energy from the soil and / or for the delivery of thermal energy to the soil.
  • the earth probe system according to this embodiment comprises a plurality of ground probes 1 connected in series.
  • a connecting line system for supply and discharge of a heat transfer medium to or from a respective ground probe 1 is a connecting line system with lines formed by individual line pieces 2-8.
  • the line piece 2 forms at least a portion of the feed line to the first of the series probes 1 and can at its not shown in FIG. 1 end directly or via one or more further line pieces to a power plant (heat, cold), for example to a heat pump, or connected to a distributor / collector.
  • a distributor / collector is used in particular if a plurality of probe circuits are present, for example, a second probe circuit or a plurality of probe circuits, which is connected in parallel to the first probe circuit and is formed, for example, in the same way.
  • the pipe section; 3 forms the discharge line from that shown in Fig. 1 of the series ground probes 1 and the supply line for the second ground probe 1.
  • the line pieces 6-8, which are connected via connectors 9, 10 form at least a portion of the discharge line of the last of the series earth probes 1, wherein the line piece 8 can be connected directly or via one or more further, not shown in Fig. 1 line pieces with the energy utilities or the manifold / collector.
  • the ground probes 1 are each formed from a plurality of plugged-together probe modules 11, 12 and a plugged onto the lower end of the lowermost probe module 11 foot piece 13. For example, as shown, three probe modules 11 having a greater length and a probe module 12 having a smaller length may be present.
  • the ground probes 1 are connected in the embodiment shown in each case via a probe head 14 with their supply and discharge line forming line pieces 2-8.
  • the probe heads 14 are placed on the upper ends of the uppermost probe modules 12 and connected via plug connections with the respective line pieces 2-6.
  • FIGS. 2 to 6 A probe module 1 1 of the system is shown in FIGS. 2 and 3.
  • Prefabricated probe modules are preferably present in various standardized lengths, for example in four different lengths.
  • a respective probe module 11 forms a portion of the longitudinal extension of the ground probe 1 and of this probe module 11, a portion of the line system of the ground probe 1 is formed, in this embodiment, both a portion 15 of the heat transfer medium from top to bottom transporting Hin Gustav and a section 16 the heat transfer medium from bottom to top transporting return line is formed.
  • the sections 15, 16 are in this case formed by coaxially arranged pipe sections.
  • the probe module 11 has an outer tube piece 17, from which the portion of the line system formed by the probe module 11 is received.
  • the gap 18 between the outer tube piece 17 and the outer tube piece of the conduit system is filled at least over the majority of its length with a good heat-conducting pouring mass 19.
  • a volume-resistant, cement-bonded pouring mass 19 can be used, preferably concrete.
  • the filling extends over the entire longitudinal extent of the probe module 11, except for end sections.
  • the outer pipe section forming the section 16 of the return line can be designed, for example, as a smooth pipe, which is provided with protruding outwardly projecting studs 20. By the knobs 20 a centering of the outer pipe section in the outer pipe section 17 is achieved.
  • outer tube piece such as with short interrupted longitudinal webs or spirally longitudinal webs, are conceivable and possible, with or without centering function relative to the outer tube piece 17.
  • the centering function for example, by longitudinal widenings or by separate between the outer tube piece 17 and the portion 16 arranged parts are effected.
  • the outer pipe section of the line system can also be formed by a corrugated pipe.
  • the inner tube piece forming a section 15 of the forward line has strips 21 which run in the longitudinal direction and project in a star shape outwards in a cross-section. These serve above all to support the outer pipe section forming the section 16 of the return line, if in the course of the service life of the ground probe the outer pipe section 17 should lose its supporting function, in particular due to corrosion.
  • the section 16 of the return line forming outer pipe section should indeed be formed relatively thin walls in view of the desired good heat transfer.
  • the inner pipe section is centered by the strips 21 in the outer pipe section.
  • the inner tube piece could also have a different cross-sectional shape than the one shown, for example short, slightly transversely positioned strips with short gaps or short, interrupted webs which extend in a wavy form in the longitudinal extent or short, interrupted webs which extend helically in the longitudinal extent.
  • the support function of the outer pipe section could also be omitted with a correspondingly long-term stable design of the outer pipe section 17.
  • the centering in the outer tube piece could also be effected by separate insert parts.
  • the inner tube piece could then be designed, for example, as a smooth tube or as a corrugated corrugated tube.
  • a smooth tube could be used with external knobs.
  • the probe modules 11 are formed so that they can be plugged together, with the sections 15, 16 of the forward and return lines of the two probe modules 11 being plugged together when the probe modules 11 are plugged together.
  • the probe module 11 for forming a respective connector at one end of a plug part and at the other end a socket part of this connector.
  • a pipe socket 22 is attached at the lower end of the inner pipe section, for example by material bonding by welding or gluing. Form and / or frictional connections are also if possible and possible.
  • the pipe socket forms the male part of the connector and can be inserted with a small clearance in the upper portion of the upper end of the inner tube piece of the underlying probe module 11, said upper portion of the inner tube piece forms the female part of the connector. A complete tightness of this inner connector is not required with respect to the heat transfer medium here.
  • a plug part 23 with a reduced diameter is attached to the lower end of the outer tube piece of a respective probe module 11, for example by material bonding by welding or gluing. Also, a positive and / or frictional connection is conceivable and possible, this compound is formed for the heat transfer medium to the outside tight and pressure resistant.
  • the plug part 23 has two reductions in its outer diameter towards its free end. The region of the first reduction in the outer diameter forms an outer sealing surface for an externally applied sealing ring 24. In the region of the second reduction in the outer diameter, outwardly projecting latching tongues 25 are formed.
  • a sleeve 26 made of stainless steel is pressed onto this from the outside.
  • This sleeve has a seal 24 inserted into a groove.
  • the sleeve is conically shaped at the socket inlet. The plug sleeve is pressed tightly with the return line 16 and a stop 28. The stop 28 causes the latching with the locking tongues 25th
  • plug parts and socket parts can be used, for example those made of plastic with the assumed sealing and locking function.
  • the lower end of the section 16 thus forms the plug part and the upper end of the section 16, the socket part for forming a plug connection between the sections 16 of two mating plug-in modules 11, wherein the plug connection is formed as a latching connection.
  • a pipe socket 29 having a reduced diameter is attached to the lower end of the outer raw piece 17, for example by material fusion welding or gluing.
  • a positive and / or frictional connection is also conceivable and possible.
  • this pipe socket 29, which forms the plug part of the plug connection for the outer pipe section projects into the upper end section of the outer raw piece 17 of the underlying probe module 11, which forms the socket part of the plug connection.
  • Each probe module thus has the same trained socket parts at the top and plug parts at the bottom.
  • the connectors could also be designed in a different manner than described.
  • the plug part and socket part could also be reversed for one, both or all three plug connections.
  • Such coupling pieces are shown in Fig. 19 (51, 52); the connectors are only in the case of the connection of the sections 16 of the return line tight.
  • Another type of coupling pieces is also shown in Fig. 11 (39, 43). In the case of these coupling pieces, the connections of both sections 15 and 16 are dense.
  • probe modules 11, 12 are present, which are different lengths, but otherwise are the same.
  • a plug-on foot piece 13 is provided, from which the forward and return line is connected to each other.
  • the foot piece 13 in the embodiment of FIG. 5, a piece of pipe 30 which at its lower end, in the assembled state with a probe module 11 of the foot piece at a distance below the lower end of the pipe socket 22 of the probe module 11 is closed by a lid 31.
  • the plug connection between the pipe section 30 and the section 16 of the return line of the probe module 11 is formed in the same way as the already described plug connection between two sections 16 of the return line of assembled probe modules 11.
  • the foot piece 13 has a tube piece 30 receiving outer tube piece 32.
  • the plug connection between the outer tube piece 32 and the outer tube piece 17 of the probe module 11 is the same as the already described plug connection between the outer .rohr Sharingen 17 of two assembled probe modules 11 is formed.
  • a plate-shaped ramming piece 33 for ramming or vibrating the ground probe 1 is attached.
  • the plate-shaped ramming piece 33 can, for example, also have a conical structure or a tip at the bottom.
  • a foot piece 13 is first attached to the lower end of a probe module 11 and thereafter these two parts sunk, in particular by ramming or vibrating. As a result, the next upper probe module 11 is plugged in and the mated parts are in turn sunk. This is repeated until the desired length of the ground probe 1, with appropriate lengths of the probe modules 11, 12 are selected.
  • a probe head 14 which can be plugged onto the uppermost probe module 12 is present.
  • the probe head 14 has nested tube pieces which form first and second connections 34, 35 for forming plug-in connections with the sections 15, 16 of the forward and return lines of the underlying probe module 12.
  • the end portions of the terminals 34, 35 are in this case in the same manner as the lower end portions of the portions 15, 16 of a respective probe module 11, 12 formed to form the already described for the mating of two probe modules 11 connectors.
  • the probe head 14 further has third and fourth ports 36, 37 for forming plug connections with the supply and discharge line to and from this ground probe 1.
  • An end portion of a supply line is indicated in Fig. 6 by dashed lines.
  • These plug connections are formed in the embodiment shown in the same way as the plug connections between the sections 16 of the return lines of two probe modules 11, 12.
  • the probe head 14 has a passage 38 connecting the third connection 36 to the fourth connection 37, whereby a bypass is formed with respect to the ground probe 1, from which a part of the heat transfer medium is guided past the ground probe 1, ie a bypass for this part of the heat transfer medium is trained.
  • the opening cross-sectional area of the passage 38 is substantially smaller than the opening cross-sectional area of both the first and second ports 34, 35.
  • the opening cross-sectional areas of the first and second ports 34, 35 are each twice to a hundred times greater than the opening cross-sectional area of the passage 38, a range between 4: 1 and 40: 1 is particularly preferred.
  • the passage 38 By forming such a passage 38, the total amount of circulation of the heat transfer medium in relation to the desired probe flow can be selected and adjusted.
  • the passage 38 in this case connects the third and fourth ports 36, 37 at the upper ends of their passage openings.
  • the passage 38 is formed by an opening of an intermediate wall between the third connection and the fourth connection.
  • an insert 54 may be present to adjust the flow.
  • the insert 54 may for example be screwed or plugged.
  • a fixed mounted passage with adjustable opening cross-sectional area could be present.
  • the plug connections 9, 10 (FIG. 1) between the line pieces 6, 7, 8 are preferably formed in the same way as the plug connections between the feed and discharge lines and the third and fourth connections 36, 37 of the probe head 14 ,
  • a respective line piece 2 - 8 thus has at one end a plug part and at the other end a socket part of the connector.
  • a pluggable connection of the conduit pieces 2-8 via an intermediate coupling piece would also be conceivable and possible.
  • the pipe sections 2-8 could be formed at both ends in the same manner, so on both sides as a plug part or both sides as a female part of the connector, and the coupling piece could form the corresponding counterpart of the connector on both sides.
  • the connection to the third and fourth terminals 36, 37 of the probe head 14 would in this case also take place in each case via a coupling piece.
  • FIGS. 7 and 8 show a ground probe 1 designed according to a further exemplary embodiment with an attached probe head 14.
  • This ground probe 1 here comprises two plugged-together probe modules 11 of equal length.
  • probe modules 11 of different lengths and / or a different number of probe modules 11 could also be present.
  • the difference from the previously described embodiment is that the ground probe 1 is formed without an outer tube and a filling compound filled between the outer tube and the conduit system.
  • the individual probe modules 11 and the foot piece 13 are thus formed without outer tube pieces and pouring compound filled in between.
  • This design of the ground probe 1 is suitable, for example, for insertion into a hole introduced into the ground, which was prepared for example by drilling, ramming, displacement, by a rinsing method or combinations thereof, wherein after the introduction of the geothermal probe in the space between the ground hole and ground probe Spout is filled.
  • the geothermal probe can be inserted into a cavity of a member introduced into the earth, for example a steel pipe or concrete pipe, or a pilot or foundation, which has been sunk off, in particular by ramming or vibrating.
  • the space between the ground probe and the earth probe receiving part is also poured with a pouring mass. Furthermore, incorporation into in-situ concrete during its liquid state is possible.
  • the geothermal probe is designed here as a so-called U-probe with side-by-side forward and return lines.
  • a probe module 11 is shown in FIGS. 9 and 10.
  • the probe module comprises adjacent pipe sections which form sections 15, 16 of the forward and return lines.
  • the pipe sections for example, as shown formed as corrugated pipes, but could also be formed in a different form, for example in the form of smooth tubes or otherwise structured pipes, such as pipes with outwardly and / or inside projecting nubs.
  • the sections 15, 16 of the forward and return lines are received by an outer tube piece 17.
  • the outer tube piece 17 projects beyond the sections 15, 16 at its two ends, but this depends on the design of the connector described below, which could also be formed in other ways, for example in an analogous manner as for the outer tube pieces of the coaxial line system previously described embodiments.
  • the space between the sections 15, 16 and the outer tube piece 17 is filled at least over a major part of its length with a pouring mass 19, which may be formed in the same manner as already described.
  • the probe modules 11 can be connected to one another by plug connections, as shown in FIG. 11.
  • a respective coupling piece 39 is preferably connectable with its upper end to the portion 15 and the portion 16 of the upper probe module 11 by a plug connection and connectable at its lower end to the portion 15 and the portion 16 of the lower probe module 11 by a plug connection. All connections are preferably made in the same way.
  • such a connector is formed as shown by the fact that the sections 15, 16 are provided with end pieces 40, the locking tongues having inwardly projecting locking lugs 41.
  • the sections 15, 16 are provided with end pieces 40, the locking tongues having inwardly projecting locking lugs 41.
  • the circumferential direction are at least two such Latches present, which are released by slots to achieve a resilient design.
  • a sealing surface is formed to bear a seal 42 arranged on the respective end section of the coupling piece 39.
  • the coupling piece 39 further has, in the respective end section, a latching recess, for example formed by an annular groove, for engaging the latching lugs 41.
  • a coupling piece 43 which is formed for example of steel-reinforced plastic.
  • the coupling piece 43 can be inserted into the ends of the outer pipe pieces 17 of the probe modules 11 to be connected. The insertion depth may be limited by stops 44, 45.
  • the coupling piece 43 has through channels for the passage of the coupling pieces 39.
  • the coupling piece 43 thus forms plug-in connections with the outer tube pieces 17 of the two probe modules 11 to be connected, wherein it centers the outer tube pieces 17 to each other. In the connected state, the ends of the outer tube pieces 17 rest on one another.
  • the connectors for connecting the sections 15, 16 and the outer tube pieces 17 could also be formed in a different manner than shown.
  • the sections 15, 16 and / or the outer tube pieces 17 could also be connected directly, without the aid of coupling pieces 39, 43, by plug connections.
  • at least one of the plug connections, preferably a respective plug connection for the sections 15, 16, is expediently formed as the two parts connected to one another by the plug connection in the closed state in a form-locking manner.
  • the foot piece 13 shown in FIG. 13 is here formed by an arcuate pipe piece which is connected at its one end to the portion 15 of the lead wire and at its other end to the portion 16 of the return wire of the probe module 11 by a respective plug connection.
  • the connectors are formed in the same manner as the connectors of the coupling pieces 39 with the sections 15 and 16 when connecting two probe modules 11, so preferably in turn positively locked in the closed state.
  • the foot piece 13 could be formed for example by a pot with two connecting pieces, which are connectable via such connectors to the sections 15, 16.
  • a plate-shaped ramming piece 33 is connected to the outer pipe piece 17 to surround the ground probe 1 in the ground or vibrate.
  • the ramming piece 33 may also have a pyramidal or pointed shape downwards.
  • FIG. 14 shows a probe head 14 connected to the uppermost probe module 11.
  • the first and second ports 34, 35 for connection to the sections 15, 16 of the forward and return lines are formed by pieces of pipe whose end portions are formed in the same manner as the end portions of the coupling pieces 39 to plug-in connections with the sections 15, 16 form.
  • the third and fourth terminals 36, 37 are formed in the manner already described with reference to FIG. 6. As also already described, between the third and fourth ports 36, 37 there is a passage 38 which is formed as an opening in a partition wall 46 and which has functions already described, such as the choice of probe flow and venting.
  • FIG. 7 Another embodiment of a ground probe with a plugged-on probe head is shown in FIG.
  • this geothermal probe has no external pipe lying outside the forward and return line.
  • the ground probe is analogous to the ground probe shown in FIGS. 7 and 8 for insertion into an already existing, hole-shaped opening, cf. the types of applications described in connection with FIGS. 7 and 8.
  • the probe modules 11 are formed here in the form of line sections, which can each form either a section 15 of the forward line of the ground probe or a section 16 of the return line of the ground probe.
  • the forward line and the return line each have two probe modules 11 of the same length.
  • probe modules 1 1 of different lengths can be used to adjust the length of the ground probe as described above and / or a different (even number) number of probe modules can be provided for achieving the desired length.
  • a respective probe module 11 could have at one end a design such as the sections 15, 16 of the embodiment described with reference to FIGS. 9 to 14 and at the other end a design such as the coupling pieces 39 of this previously described embodiment.
  • the lowermost probe module 11, which forms a section of the outfeed line 15, and the lowermost probe module 11, which forms a section of the return line 16, are connected to one another by a foot piece 13, whereby the forward and return lines of the ground probe 1 are connected to one another.
  • the upper end of the probe module 11, which forms the uppermost portion 15 of the forward line and the upper end of the probe module 1 1, which forms the uppermost portion 16 of the return line, are connected to first and second terminals 34, 35 of a probe head 14. In this case, plug connections are formed in the same way as the plug connections between probe modules 11.
  • the probe head 14 further has third and fourth ports for forming connectors with a supply and a discharge line.
  • the third and fourth ports 36, 37 are connected together via a passage 38 in the manner already described.
  • FIG. 16 shows an upper section of a ground probe, for example in the form of a U-shaped probe, with a probe head attached, to which line sections 5, 6, 7 are plugged to form supply and discharge lines.
  • the connection of the probe head 14 with the ground probe 1 is shown only schematically, but may for example be formed the same as shown in Fig. 14.
  • the connections between the line sections 5, 6 and the third and fourth terminals 36, 37 of the probe head 14 are also formed in the same manner in the form of snap-in connections.
  • the same plug-in connections are also formed between individual line sections 6, 7, wherein the supply and / or discharge line to or from the ground probe 1 from a plurality of mated line sections 5 -7 is formed.
  • the pipe sections 5 - 7 are in the form of corrugated pipes you have it despite a good flexibility sufficient stability against the earth pressure acting on them. It can, for example, the same corrugated pipes, where at one end a plug part and at the other end a socket part of the connector is attached, as a piece of the supply and discharge line to or from the ground probe 1 and as a section 15, 16 of the forward and return line the geothermal probe are used.
  • the line pieces 5 - 7 could have in this case at both ends an identically designed connector part.
  • a probe module according to a further embodiment is explained below with reference to FIGS. 17 to 19.
  • the difference from the probe module explained with reference to FIGS. 2 to 4 is that a reinforced concrete tube is used as the outer tube piece 47, which adjoins the outer tube piece of the section of the conduit system of the probe module 11 forming the portion 16 of the return line.
  • a basket made of reinforcing steel 48, 49 which surrounds the outer pipe section of the pipe system, is poured out with concrete in a tubular formwork.
  • the longitudinally extending rod shaped reinforcing steel parts 48 extend beyond the concrete-poured area and at their ends a pipe socket 50 is welded from steel.
  • coupling pieces 51, 52 are used, which are plugged together at their two ends with the sections 15, 16 of the forward and return lines to be connected.
  • the mating with the outer pipe pieces coupling piece 52 is locked with these and sealed by a respective seal 24 pressure-resistant.
  • the front ends of the probe modules of FIG. 17, 18, 19 with the pipe socket 50 made of steel are connected when mated by a steel sleeve 53 and centered to each other.
  • the flow direction of the heat transfer medium has been described in the case of the probe modules with a coaxial structure so that the forward line through the inner tube and the return line through the outer tube takes place. It goes without saying that the flow direction for the heat transfer medium can also take place in the reverse direction.
  • connection or coupling can be releasably (separable) after closing or, for example by latching elements, insoluble. Furthermore, the connection or coupling can be formed without tools closable.

Abstract

Eine Erdsondenanlage zur Aufnahme von thermischer Energie aus dem Erdreich und/oder zur Abgabe von thermischer Energie an das Erdreich weist mindestens eine Erdsonde (1) mit einem Leitungssystem, das eine Hinleitung und eine Rückleitung für ein Wärmeträgermedium umfasst, sowie ein Verbindungsleitungssystem (2 -10) auf, mittels dem das Wärmeträgermedium einer jeweiligen Erdsonde (1) über eine zu dieser Erdsonde (1) führende Zuführleitung zuführbar ist und über welches das Wärmeträgermedium von einer jeweiligen Erdsonde (1) über eine von dieser Erdsonde wegführende Abführleitung abführbar ist. Am oberen Ende einer jeweiligen Erdsonde (1) ist ein Sondenkopf (14) angeschlossen, der erste und zweite Anschlüsse (34, 35) zur Ausbildung von form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen, mit der Hin- und Rückleitung dieser Erdsonde (1) und dritte und vierte Anschlüsse (36, 37) zur Ausbildung von form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen, mit der Zuführleitung zu dieser Erdsonde (1) und der Abführleitung von dieser Erdsonde (1) aufweist.

Description

Erdsondenanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Erdsondenanlage zur Aufnahme von thermischer E- nergie aus dem Erdreich und/oder zur Abgabe von thermischer Energie an das Erdreich, welche mindestens eine Erdsonde mit einem Leitungssystem, das eine Hinleitung und eine Rückleitung für ein Wärmeträgermedium umfasst, sowie ein Verbindungsleitungssystem aufweist, mittels dem das Wärmeträgermedium einer jeweiligen Erdsonde über eine zu dieser Erdsonde führende Zuführleitung zuführbar ist und über welches das Wärmeträgermedium von einer jeweiligen Erdsonde über eine von dieser Erdsonde wegführende Abführleitung abführbar ist.
Erdsonden zur Gewinnung von Erdwärme, welche im Gegensatz zu Flächenkollektoren in die Tiefe des Erdreichs ragen, sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Neben Erdsonden, die direkt in das Erdreich abgeteuft, insbesondere eingerammt bzw. einvibriert werden, sind Ausführungen bekannt, die in ein in die Erde eingebrachtes Bohrloch eingesetzt werden oder in einen Hohlraum eingesetzt werden, der in einem in den Boden eingebrachten Bauteil vorhanden ist, beispielsweise in einem eingerammten Stahl- oder Betonrohr, einem eingerammten Piloten oder einem Fundament. Auch in Ortbeton eingesetzte Erdsonden sind bekannt.
Die eingebaute Erdsonde wird über eine Zuführ- und eine Abführleitung mit einer Energienutzungsanlage für Wärme und/oder Kälte, beispielsweise mit einer Wärmepumpe verbunden, wobei ein Kreislauf für das Wärmeträgermedium ausgebildet wird. Wenn zur Aufnahme und/oder Abgabe der erforderlichen Energie eine einzelne Erdsonde nicht ausreicht, so wird eine Erdsondenanlage mit mehreren Erdsonden ausgebildet. Herkömm- licherweise werden die Erdsonden jeweils über separate Zuführ- und Abführleitungen mit einem gemeinsamen Verteiler/Sammler verbunden. Es werden bei einem solchen System also mehrere parallele jeweils eine einzelne Erdsonde aufweisende Sondenkreisläufe ausgebildet. Oder es werden Verteiler- und Sammelrohre entlang der Sondenstandorte verlegt, an welche dann die einzelnen Erdsonden parallel - meist nach dem Tichelmann- Verfahren - angeschlossen werden.
Aus der EP 1 486 741 B1 geht eine Erdsonde hervor, bei der ein Außenrohr durch Einrammen in das Erdreich abgeteuft wird. Dieses Außenrohr besteht aus mehreren zusammengesteckten Rohrstücken. Die Verbindung ist vorzugsweise als dichte Steckmuffen- Verbindung ausgebildet. In das in den Boden eingebrachte Außenrohr wird in der Folge ein Auskleidungsrohr eingesetzt, welches aus einzelnen Rohrstücken bestehen kann, die Stück für Stück in das Außenrohr eingeführt werden und mittels Schweißung dicht verbunden werden. Statt dessen kann als Auskleidungsrohr auch ein gewellter Kunststoffschlauch mit der erforderlichen Gesamtlänge verwendet werden. Der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Auskleidungsrohr wird in der Folge mit einer Ausgussmasse vergossen. Im Weiteren wird ein bereits fertig montiertes Innenrohr in das Auskleidungsrohr eingesetzt. Das Innenrohr bildet die Hinleitung für ein Wärmeträgermedium, während der Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Aυskleidungsrohr die Rückleitung für das Wärmeträgermedium bildet. Die Herstellung einer derartigen Erdwärmesonde ist mit einem erheblichen auf der Baustelle zu erbringenden Montageaufwand verbunden.
Eine in ein Bohrloch im Erdreich einzubringende Erdsonde ist beispielsweise aus der AT 007 510 U1 bekannt. Innerhalb eines als Wellrohr ausgebildeten Außenrohrs ist ein Innen- röhr angeordnet, wodurch die Hin- und Rückleitung für das Wärmeträgermedium gebildet werden. Die Wärmesonde ist als vorgefertigte Einheit ausgebildet und kann im zusammengerollten Zustand auf die Baustelle gebracht werden. Für eine jeweilige Erdsonde mit einer gewünschten Länge muss eine vorgefertigte Einheit in dieser Länge ausgebildet werden. Eine in analoger Weise ausgebildete, in ein Beton-Fundierungselement eines Bauwerks eingebrachte Erdsonde ist aus der AT 007 887 U1 bekannt.
Neben sogenannten „Koaxialsystemen", bei denen die Hin- und Rückleitung durch inei- nanderliegende, insbesondere koaxial angeordnete Rohre ausgebildet werden, sind sogenannte „U-Sonden" bekannt, bei welchen die Hin- und Rückleitungen von nebeneinan- der angeordneten Rohren gebildet werden. Neben Einfach-U-Sonden mit einer einzigen Hin- und Rückleitung sind Doppel-U-Sonden mit zwei Hin- und zwei Rückleitungen bekannt. Eine derartige U-Sonde geht beispielsweise aus der EP 582 118 A1 hervor. Die Hin- und Rückleitung werden an ihrem unteren Ende durch Bogen-Stücke oder andere Fußteile, welche das Wärmeträgermedium um 180° umlenken, miteinander verbunden. Am obe- ren Ende der Hinleitungen und am oberen Ende der Rückleitungen ist jeweils ein Kopfstück angebracht, welches durch Schweißung oder Klebung mit den Leitungen verbunden ist und einen Anschluss zur Verbindung mit der Zuführleitung oder zur Verbindung mit der Abführleitung zum Zuführen und Abführen eines Wärmeträgermediums aufweist. Die Hin- und Rückleitungen der Erdsonde werden von durchgehenden Langrohren gebildet.
Eine weitere U-Sonde ist beispielsweise aus der EP 1 006 322 A2 bekannt. Zum Einbringen der Erdsonde in das Erdreich wird zunächst ein aus mehreren Rohrstücken ausgebildetes Rohr in das Erdreich eingerammt. In den inneren Hohlraum des eingerammten Rohrs wird das Leitungssystem eingebracht und mit einem Endstück am unteren Ende des einge- rammten Rohrs verbunden. Das eingerammte Rohr wird in der Folge, abgesehen vom Endstück, wieder aus dem Erdreich herausgezogen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach montierbare Erdsondenanlage der eingangs genannten Art bereitzustellen. Erfindungsgemäß gelingt dies durch eine Erdsondenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß erfolgt die Verbindung der Zuführ- und Abführleitungen mit einer jeweiligen Erdsonde durch einen auf die Erdsonde aufgesetzten Sondenkopf, der erste und zweite Anschlüsse zur Ausbildung von Verbindungen, von denen mindestens eine form- und/oder kraftschlüssig ist, mit dem Leitungssystem der Erdsonde und dritte und vierte Anschlüsse zur Ausbildung von form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen mit den Zuführ- und Abführleitungen aufweist. Die Montage der Sondenanlage wird dadurch er- heblich vereinfacht. Die Verbindungen mit dem Leitungssystem der Erdsonde und/oder mit der Zuführleitung und der Abführleitung zur bzw. von dieser Erdsonde sind bevorzugterweise in Form von Steckverbindungen bzw. Steckkupplungen ausgebildet, wodurch eine besonders einfache Montage ermöglicht wird.
Bei einer Steckverbindung bzw. Steckkupplung werden die miteinander zu verbindenden Teile zusammengesteckt. Zur Sicherung des zusammengesteckten Zustands können unterschiedliche form- und/oder kraftschlüssig wirkende Elemente eingesetzt werden, wobei Einrasteinrichtungen bevorzugt sind. Aber auch Stecker mit Klemmringen, Stecker mit Klemmring-Konus, Stecker mit einrastenden Federringen oder Stecker mit Überwurfmut- tern sind beispielsweise einsetzbar. Die Steckverbindung bzw. Steckkupplung kann trennbar (lösbar) oder untrennbar (z. B. durch Rastelemente) sein.
Anstelle einer Steckverbindung könnte weiters auch eine andere Art einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung eingesetzt werden, z. B. eine Schraubverbindung .
Vorzugsweise ist der Sondenkopf mit einem Durchlass ausgebildet, der den dritten und vierten Anschluss miteinander verbindet, wodurch ein Bypass ausgebildet wird, über welchen ein Teil des Wärmeträgermediums an der Erdsonde vorbeigeleitet wird. Mittels eines solchen Durchlasses kann der Sondendurchfluss im Verhältnis zur gesamten Umlaufmenge des Wärmeträgermediums eingestellt werden. Darüber hinaus ergibt sich als Nebeneffekt eine einfache Entlüftung von zwei oder mehr in Reihe geschalteten Erdsonden. Zur Einstellung des Verhältnisses der gesamten Umlaufmenge zum gewünschten Sondendurchfluss kann ein Durchlass mit einstellbarem Durchlassquerschnitt vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Durchlass von einer Öffnung gebildet werden, in der ein Einsatz mit einem ge- wünschten Durchlassquerschnitt eingesetzt ist, wobei Einsätze mit unterschiedlichen Durchlassquerschnitten vorhanden sind.
Eine erfindungsgemäße Erdsondenanlage kann auch mehrere parallele Sondenkreisläufe aufweisen, die jeweils zumindest eine, vorzugsweise mehr als eine, Erdsonde umfassen. Im einfachsten Fall kann eine Erdsondenanlage gemäß der Erfindung auch nur einen Sondenkreislauf mit einer einzelnen Erdsonde umfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst eine jeweilige Erdsonde der Erdsondenanlage mindestens ein Sondenmodul, das einen Abschnitt der Hin- und/oder Rückleitung der Erdsonde ausbildet, und ein Fußstück, das einen die Hin- mit der Rückleitung verbindenden Abschnitt des Leitungssystems der Erdsonde ausbildet und das mit dem unteren Ende des Sondenmoduls oder dem unteren Ende eines untersten der Sondenmodule der Erdsonde mittels mindestens einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung verbunden ist. Es wird dadurch eine einfache Montage der Erdsonde auf der Baustelle erreicht. Die Verbindung kann direkt durch Zusammenstecken des Abschnitts des Leitungssystems des Fußstücks mit dem jeweiligen Abschnitt der Hin- und/oder Rückleitung des Sondenmoduls erfolgen, wobei zwischen dem Abschnitt des Leitungssystems des Fußstücks und dem jeweiligen Abschnitt der Hin- und/oder Rückleitung des Sondenmoduls eine jeweilige Steckverbindung ausgebildet wird. Statt dessen kann auch mindestens ein Kupplungsstück vorhanden sein, welches sowohl mit dem Abschnitt des Leitungssystems des Fußstücks als auch mit dem jeweiligen Abschnitt der Hin- und/oder Rückleitung des Sondenmoduls zusammengesteckt ist, wobei jeweils eine Steckverbindung ausgebildet wird. Anstelle einer Steckverbindung könnte auch eine andere lösbare Verbindung, beispielsweise Schraubverbindung vorgesehen sein.
Vorzugsweise kann hierbei mindestens eine Erdsonde, vorzugsweise eine jeweilige Erdsonde, mindestens zwei Sondenmodule umfassen. Ein jeweiliges Sondenmodul stellt ei- nen Abschnitt der Längserstreckung der herzustellenden Erdsonde dar, wobei es einen Abschnitt der Hin- oder der Rückleitung oder der Hin- und Rückleitung des Leitungssystems der Erdsonde ausbildet. Zwei Sondenmodule sind jeweils durch mindestens eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung miteinander verbindbar, wobei die jeweiligen Abschnitte der Hin- und/oder Rückleitungen der beiden Sondenmodule miteinander verbunden werden. Die Verbindung kann direkt durch Zusammenstecken der Abschnitte der Hin- und/oder Rückleitung der beiden Sondenmodule erfolgen, wobei zwischen den beiden Abschnitten der Hin- und/oder zwischen den beiden Abschnitten der Rückleitung eine Steckverbindung ausgebildet wird. Statt dessen kann auch mindestens ein Kupplungsstück vorhanden sein, welches mit den beiden Ab- schnitten der zu verbindenden Hinleitung bzw. mit den beiden Abschnitten der zu verbindenden Rückleitung zusammengesteckt ist, wobei jeweils eine Steckverbindung ausgebildet wird. Anstelle einer Steckverbindung kann auch eine andere lösbare Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise eine Schraubverbindung. Je nach Anzahl und/oder Länge der verwendeten Sondenmodule können somit Erdsonden unterschiedlicher Länge aus- gebildet werden.
Die Erdsonden können somit vorzugsweise durch ein relativ wenige vorgefertigte Einheiten umfassendes Baukastensystem (= System nach dem Baukastenprinzip) ausgebildet werden. Zusammen mit dem erfindungsgemäßen Sondenkopf zur Verbindung einer jewei- ligen Erdsonde mit ihren Zuführ- und Abführleitungen und der Ausbildung der Zuführ- und Abführleitungen aus miteinander durch form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen, insbesondere Steckverbindungen, verbindbaren Leitungsstücken, wie dies bevorzugt ist, wird eine in vorteilhafter Weise modular ausgebildete Erdsondenanlage bereitgestellt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Erdsondenanlage mit mehreren in Reihe geschalteten Erdsonden; Fig. 2 und Fig. 3 einen Längsmittelschnitt und einen Querschnitt (Schnittlinie A-A von Fig. 2) durch ein Erdsondenmodul zur Ausbildung einer Erdsonde gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 4 einen Längsmittelschnitt von zwei zusammengesteckten Erdsondenmodulen im Verbindungsbereich;
Fig. 5 einen Längsmittelschnitt durch ein auf ein Sondenmodul aufgestecktes Fußstück; Fig. 6 einen Längsmittelschnitt durch einen auf ein Sondenmodul aufgesteckten Sondenkopf;
Fig. 7 eine zweite Ausführungsform einer Erdsonde mit einem am oberen Ende ange- schlossenen Sondenkopf, die Erdsonde im Längsschnitt;
Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 7; Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein Sondenmodul zur Ausbildung einer Erdsonde gemäß einer dritten Ausführungsform einer Erdsonde; Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie C-C von Fig. 9; Fig. 11 einen Längsmittelschnitt von zwei zusammengesteckten Sondenmodulen dieser
Ausführungsform, im Verbindungsbereich; Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie D-D von Fig. 11 ; Fig. 13 einen Längsmittelschnitt eines Fußstücks gemäß dieser Ausführungsform, welches mit einem Sondenmodul entsprechend den Fig. 9 bis 12 zusammengesteckt ist; Fig. 14 einen Längsmittelschnitt eines Sondenkopfs gemäß dieser Ausführungsform, der mit einem Sondenmodul gemäß den Fig. 9 bis 12 zusammengesteckt ist; Fig. 15 eine vierte Ausführungsform einer Erdsonde mit einem am oberen Ende angeschlossenen Sondenkopf, in Seitenansicht;
Fig. 16 einen Längsmittelschnitt von einem oberen Abschnitt einer Erdsonde mit an den Sondenkopf angesteckten Leitungsstücken;
Fig. 17 einen Querschnitt durch ein Sondenmodul gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Erdsonde, Schnittlinie F-F von Fig. 18; Fig. 18 einen Längsmittelschnitt entlang der Linie E-E von Fig. 17;
Fig. 19 zwei zusammengesteckte Sondenmodule der Ausführungsform gemäß Fig. 17 und 18 im Verbindungsbereich, im Längsmittelschnitt.
Aus Fig. 1 geht in schematischer Darstellung eine mögliche Ausführung einer Erdsondenanlage zur Aufnahme von thermischer Energie aus dem Erdreich und/oder zur Abgabe von thermischer Energie an das Erdreich hervor. Die Erdsondenanlage gemäß dieser Aus- führung umfasst mehrere Erdsonden 1 in Serienschaltung. Zur Zu- und Abführung eines Wärmeträgermediums zu bzw. von einer jeweiligen Erdsonde 1 dient ein Verbindungsleitungssystem mit Leitungen, die von einzelnen Leitungsstücken 2 - 8 gebildet werden. Das Leitungsstück 2 bildet zumindest einen Abschnitt der Zuführungsleitung zur ersten der in Serie angeordneten Erdsonden 1 und kann an seinem in Fig. 1 nicht dargestellten Ende direkt oder über ein oder mehrere weitere Leitungsstücke an eine Energienutzungsanlage (Wärme, Kälte), beispielsweise an eine Wärmepumpe, oder an einen Verteiler/Sammler angeschlossen sein. Ein Verteiler/Sammler wird insbesondere dann eingesetzt, wenn mehrere Sondenkreisläufe vorhanden sind, beispielsweise könnte ein zweiter Sondenkreislauf oder mehrere Sondenkreisläufe vorhanden sein, der parallel zum ersten Sondenkreislauf geschaltet ist und beispielsweise in der gleichen Weise ausgebildet ist.
Das Leitungsstück; 3 bildet die Abführleitung von der in Fig. 1 dargestellten der in Reihe geschalteten Erdsonden 1 und die Zuführleitung für die zweite Erdsonde 1. Analoges gilt für die Leitungsstücke 4 und 5. Die Leitungsstücke 6 - 8, die über Steckverbindungen 9, 10 miteinander verbunden sind, bilden zumindest einen Abschnitt der Abführleitung der letzten der in Serie geschalteten Erdsonden 1, wobei das Leitungsstück 8 direkt oder über ein oder mehrere weitere, in Fig. 1 nicht dargestellte Leitungsstücke mit der Energienut- zungsanlage bzw. dem Verteiler/Sammler verbunden sein kann.
Die Erdsonden 1 sind jeweils aus mehreren zusammengesteckten Sondenmodulen 11, 12 und einem auf das untere Ende des untersten Sondenmoduls 11 aufgesteckten Fußstück 13 ausgebildet. Beispielsweise können wie dargestellt drei Sondenmodule 11 mit einer größeren Länge und ein Sondenmodul 12 mit einer kleineren Länge vorhanden sein.
Die Erdsonden 1 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils über einen Sondenkopf 14 mit den ihre Zuführungs- und Abführungsleitung bildenden Leitungsstücken 2 - 8 verbunden. Hierbei sind die Sondenköpfe 14 auf die oberen Enden der obersten Sondenmodule 12 aufgesetzt und über Steckverbindungen mit den jeweiligen Leitungsstücken 2 - 6 verbunden.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 bis 6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems zur Ausbildung von Erdsonden erläutert. Ein Sondenmodul 1 1 des Systems ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Vorzugsweise sind vorgefertigte Sondenmodule in verschiedenen standardisierten Längen vorhanden, beispielsweise in vier unterschiedlichen Längen.
Ein jeweiliges Sondenmodul 11 bildet einen Abschnitt der Längserstreckung der Erdsonde 1 und von diesem Sondenmodul 11 wird hierbei ein Abschnitt des Leitungssystems der Erdsonde 1 ausgebildet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel sowohl ein Abschnitt 15 der das Wärmeträgermedium von oben nach unten transportierenden Hinleitung als auch ein Abschnitt 16 der das Wärmeträgermedium von unten nach oben transportierenden Rückleitung ausgebildet wird. Die Abschnitte 15, 16 werden hierbei von koaxial ineinander angeordneten Rohrstücken gebildet.
Das Sondenmodul 11 besitzt ein Außenrohrstück 17, von dem der vom Sondenmodul 11 ausgebildete Abschnitt des Leitungssystems aufgenommen ist. Der Zwischenraum 18 zwischen dem Außenrohrstück 17 und dem äußeren Rohrstück des Leitungssystems ist zumindest über den Großteil seiner Länge mit einer gut wärmeleitenden Ausgussmasse 19 befüllt. Insbesondere kann eine volumensbeständige, zementgebundene Ausgussmasse 19 eingesetzt werden, vorzugsweise Beton. Die Befüllung erstreckt sich über die gesamte Längserstreckung des Sondenmoduls 11 , abgesehen von Endabschnitten. Das den Abschnitt 16 der Rückleitung bildende äußere Rohrstück kann beispielsweise als Glattrohr, welches mit nach außen abstehenden Noppen 20 versehen ist, ausgebildet sein. Durch die Noppen 20 wird eine Zentrierung des äußeren Rohrstücks im Außenrohrstück 17 erreicht. Auch andere Ausbildungsformen des äußeren Rohrstücks, wie beispielsweise mit kurzen unterbrochenen Längsstegen oder spiralförmig längs verlaufenden Stegen, sind denkbar und möglich, mit oder ohne Zentrierungsfunktion gegenüber dem Außenrohrstück 17. Die Zentrierungsfunktion kann beispielsweise auch von längs verlaufenden Aufweitungen oder von separaten zwischen dem Außenrohrstück 17 und dem Abschnitt 16 angeordneten Teilen bewirkt werden. Beispielsweise kann das äußere Rohrstück des Lei- tungssystems auch von einem Wellrohr gebildet werden.
Das einen Abschnitt 15 der Hinleitung bildende innere Rohrstück weist im gezeigten Ausführungsbeispiel in Längsrichtung verlaufende Leisten 21 auf, die im Querschnitt gesehen sternförmig nach außen vorspringen. Diese dienen vor allem zur Abstützung des den Ab- schnitt 16 der Rückleitung bildenden äußeren Rohrstücks, falls im Laufe der Nutzungsdauer der Erdsonde das Außenrohrstück 17 seine Abstützfunktion verlieren sollte, insbesondere aufgrund von Korrosion. Das den Abschnitt 16 der Rückleitung bildende äußere Rohrstück sollte ja im Hinblick auf den gewünschten guten Wärmeübergang relativ dünnwandig ausgebildet sein. Außerdem wird das innere Rohrstück durch die Leisten 21 im äuße- ren Rohrstück zentriert.
Das innere Rohrstück könnte auch eine andere als die gezeigte Querschnittform aufweisen, beispielsweise kurze, leicht quer gestellte Leisten mit kurzen Zwischenräumen oder kurze, unterbrochene Stege, die in der Längserstreckung wellenförmig verlaufen oder kur- ze, unterbrochene Stege, die in der Längserstreckung schraubenlinienförmig verlaufen. Die Abstützfunktion des äußeren Rohrstücks könnte bei einer entsprechend langzeitstabi- len Ausbildung des Außenrohrstücks 17 auch entfallen. Die Zentrierung im Außenrohrstück könnte auch durch separate Einsatzteile bewirkt werden. Das innere Rohrstück könnte dann beispielsweise auch als Glattrohr oder als quergewelltes Wellrohr ausgebildet sein. Als inneres Rohrstück, welches eine Zentrierfunktion im äußeren Rohrstück und gegebenenfalls auch eine Abstützfunktion für das äußere Rohrstück bereitstellt, könnte auch ein Glattrohr mit außenliegenden Noppen eingesetzt werden.
Die Sondenmodule 11 sind zusammensteckbar ausgebildet, wobei beim Zusammenste- cken der Sondenmodule 11 die Abschnitte 15, 16 der Hin- und der Rückleitung der beiden Sondenmodule 11 zusammengesteckt werden. Hierzu weist das Sondenmodul 11 zur Ausbildung einer jeweiligen Steckverbindung am einen Ende ein Steckerteil und am anderen Ende ein Buchsenteil dieser Steckverbindung auf.
Zwei zusammengesteckte Sondenmodule 11 sind in Fig. 4 dargestellt. Zur Ausbildung der Steckverbindung zwischen den Abschnitten 15 der Hinleitung ist am unteren Ende des inneren Rohrstücks ein Rohrstutzen 22 angebracht, beispielsweise stoffschlüssig durch Verschweißen oder Verkleben. Form- und/oder reibschlüssige Verbindungen sind eben- falls denkbar und möglich. Der Rohrstutzen bildet das Steckerteil der Steckverbindung und kann mit geringem Spiel in den oberen Abschnitt des oberen Endes des inneren Rohrstücks des darunterliegenden Sondenmoduls 11 eingesteckt werden, wobei dieser obere Abschnitt des inneren Rohrstücks das Buchsenteil der Steckverbindung bildet. Eine völlige Dichtheit dieser innenliegenden Steckverbindung ist mit Bezug auf das Wärmeträgermedium hierbei nicht erforderlich.
Zur Ausbildung der Steckverbindung zwischen den Abschnitten 16 der Rückleitung ist am unteren Ende des äußeren Rohrstücks eines jeweiligen Sondenmoduls 11 ein Steckerteil 23 mit einem verringerten Durchmesser angebracht, beispielsweise stoffschlüssig durch Verschweißen oder Verkleben. Auch eine formschlüssige und/oder reibschlüssige Verbindung ist denkbar und möglich, wobei diese Verbindung für das Wärmeträgermedium nach außen dicht und druckfest ausgebildet ist. Das Steckerteil 23 weist zu seinem freien Ende hin zwei Verringerungen seines Außendurchmessers auf. Der Bereich der ersten Verringe- rung des Außendurchmessers bildet eine äußere Dichtfläche für einen außen anliegenden Dichtring 24 im Bereich der zweiten Verringerung des Außendurchmessers sind nach außen abstehende Rastzungen 25 ausgebildet.
Am oberen Ende des den Abschnitt 16 der Rückleitung bildenden äußeren Rohrstücks ist auf dieses von außen her eine Hülse 26 aus rostfreiem Stahl aufgepresst Diese weist eine in eine Nut eingelegte Dichtung 24 auf. Zur Einführung des Steckerteils ist die Hülse am Buchseneingang konisch geformt. Die Steckerhülse ist mit der Rückleitung 16 und einem Anschlag 28 dicht verpresst. Der Anschlag 28 bewirkt die Verrastung mit den Rastzungen 25.
Es können natürlich auch andere Ausführungen von Steckerteilen und Buchsenteilen verwendet werden, beispielsweise solche aus Kunststoff mit der vorausgesetzten Dicht- und Rastfunktion.
Das untere Ende des Abschnitts 16 bildet somit das Steckerteil und das obere Ende des Abschnitts 16 das Buchsenteil zur Ausbildung einer Steckverbindung zwischen den Abschnitten 16 von zwei zusammengesteckten Steckmodulen 11 , wobei die Steckverbindung als Rastverbindung ausgebildet ist.
Zur Ausbildung einer Steckverbindung zwischen den Außenrohrstücken 17 von zwei inei- nandergesteckten Sondenmodulen ist am unteren Ende des Außen roh rstücks 17 ein Rohrstutzen 29 mit einem verringerten Durchmesser angebracht, beispielsweise stoffschlüssig durch Verschweißen oder Verkleben. Eine formschlüssige und/oder reibschlüssige Verbindung ist ebenfalls denkbar und möglich. Im ineinandergesteckten Zustand von zwei Son- denmodulen 11 ragt dieser Rohrstutzen 29, der das Steckerteil der Steckverbindung für das Außenrohrstück bildet, in den oberen Endabschnitt des Außen roh rstücks 17 des untenliegenden Sondenmoduls 11, welches das Buchsenteil der Steckverbindung bildet. Dadurch werden die Außenrohrstücke 17 der ineinandergesteckten Sondenmodule 11 gegeneinander zentriert, was insbesondere für die innenliegenden Steckverbindungen und für eine möglichst vollflächige Auflage beim Einrammen bzw. Einvibrieren der Erdsonde wichtig ist.
Jedes Sondenmodul besitzt also gleich ausgebildete Buchsenteile am oberen Ende und Steckerteile am unteren Ende. Die Steckverbindungen könnten auch in unterschiedlicher anderer Weise als beschrieben ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das Steckerteil und Buchsenteil für eine, beide oder alle drei Steckverbindungen auch vertauscht ausgebildet sein. Weiters könnten für eine, zwei oder alle drei Steckverbindungen auch Kupplungsstü- cke eingesetzt werden, welche beidseitig mit dem jeweiligen Rohrstück zusammengesteckt werden können, sodass eigentlich jeweils zwei Steckverbindungen vorhanden sind. Solche Kupplungsstücke sind in Fig. 19 (51, 52) dargestellt; die Steckverbindungen sind nur im Falle der Verbindung der Abschnitte 16 der Rückleitung dicht ausgebildet. Eine andere Art von Kupplungsstücken ist auch in Fig. 11 (39, 43) dargestellt. Bei diesen Kupp- lungsstücken sind die Verbindungen beider Abschnitte 15 und 16 dicht ausgebildet.
Um in flexibler Weise Erdsonden unterschiedlicher Länge ausbilden zu können sind Sondenmodule 11, 12 vorhanden, die unterschiedlich lang sind, ansonsten aber gleich ausgebildet sind.
Zum Schließen des unteren Endes des untersten Sondenmoduls 11 ist ein aufsteckbares Fußstück 13 vorhanden, von welchem die Hin- und Rückleitung miteinander verbunden wird. Für diese Verbindung der Hin- und Rückleitung weist das Fußstück 13 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ein Rohrstück 30 auf, welches an seinem unteren Ende, das im mit einem Sondenmodul 11 zusammengesteckten Zustand des Fußstücks im Abstand unterhalb des unteren Endes des Rohrstutzens 22 des Sondenmoduls 11 liegt, durch einen Deckel 31 geschlossen ist. Die Steckverbindung zwischen dem Rohrstück 30 und dem Abschnitt 16 der Rückleitung des Sondenmoduls 11 ist in der gleichen Weise wie die bereits beschriebene Steckverbindung zwischen zwei Abschnitten 16 der Rückleitung von zusam- mengesteckten Sondenmodulen 11 ausgebildet.
Das Fußstück 13 weist ein das Rohrstück 30 aufnehmendes Außenrohrstück 32 auf. Die Steckverbindung zwischen dem Außenrohrstück 32 und dem Außenrohrstück 17 des Sondenmoduls 11 ist gleich wie die bereits beschriebene Steckverbindung zwischen den Au- ßenrohrstücken 17 von zwei zusammengesteckten Sondenmodulen 11 ausgebildet.
Am unteren Ende des Außenrohrstücks 32 ist ein beispielsweise plattenförmiges Rammstück 33 zum Einrammen oder Einvibrieren der Erdsonde 1 angebracht. Das plattenförmi- ge Rammstück 33 kann nach unten hin beispielsweise auch einen kegelförmigen Aufbau oder eine Spitze aufweisen.
Zum Herstellen einer in das Erdreich eingebrachten Erdsonde 1 wird zunächst ein Fußstück 13 auf das untere Ende eines Sondenmoduls 11 aufgesteckt und danach werden diese beiden Teile abgeteuft, insbesondere durch Einrammen oder Einvibrieren. In der Folge wird das nächstobere Sondenmodul 11 aufgesteckt und die zusammengesteckten Teile werden wiederum abgeteuft. Dies wird bis zur gewünschten Länge der Erdsonde 1 wiederholt, wobei entsprechende Längen der Sondenmodule 11, 12 ausgewählt werden.
Zur Verbindung der Hinleitung und Rückleitung der Erdsonde 1 mit der Zuführleitung zur und der Abführleitung von der Erdsonde ist ein auf das oberste Sondenmodul 12 aufsteckbarer Sondenkopf 14 vorhanden. Der Sondenkopf 14 besitzt ineinanderliegende Rohrstücke, welche erste und zweite Anschlüsse 34, 35 zur Ausbildung von Steckverbin- düngen mit den Abschnitten 15, 16 der Hin- und Rückleitung des darunterliegenden Sondenmoduls 12 bilden. Die Endabschnitte der Anschlüsse 34, 35 sind hierbei in der gleichen Weise wie die unteren Endabschnitte der Abschnitte 15, 16 eines jeweiligen Sondenmoduls 11 , 12 ausgebildet, um die bereits für das Zusammenstecken von zwei Sondenmodulen 11 beschriebenen Steckverbindungen auszubilden.
Eine völlige Dichtheit der innenliegenden Steckverbindung ist hierbei wie im Zusammenhang mit dem Zusammenstecken von zwei Sondenmodulen 11 beschrieben nicht erforderlich. Beide Steckverbindungen werden durch die Rasteinrichtung der außenliegenden Steckverbindung gegen ein Auseinanderziehen formschlüssig gesichert, wenn der Son- denkopf am darunterliegenden Sondenmodul 12 montiert ist.
Der Sondenkopf 14 weist weiters dritte und vierte Anschlüsse 36, 37 zur Ausbildung von Steckverbindungen mit der Zuführ- und Abführleitung zu bzw. von dieser Erdsonde 1 auf. Ein Endabschnitt einer Zuführleitung ist in Fig. 6 durch strichlierte Linien angedeutet. Die- se Steckverbindungen sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie die Steckverbindungen zwischen den Abschnitten 16 der Rückleitungen von zwei Sondenmodulen 11, 12 ausgebildet.
Der Sondenkopf 14 weist einen den dritten Anschluss 36 mit dem vierten Anschluss 37 verbindenden Durchlass 38 auf, wodurch ein Bypass gegenüber der Erdsonde 1 ausgebildet wird, von dem ein Teil des Wärmeträgermediums an der Erdsonde 1 vorbeigeleitet wird, also ein Bypass für diesen Teil des Wärmeträgermediums ausgebildet wird. Hierbei ist die Öffnungsquerschnittsfläche des Durchlasses 38 wesentlich kleiner als die Öffnungsquerschnittsfläche sowohl des ersten als auch des zweiten Anschlusses 34, 35. Vorzugswei- se sind die Öffnungsquerschnittsflächen der ersten und zweiten Anschlüsse 34, 35 jeweils zweimal bis hundertmal größer als die Öffnungsquerschnittsfläche des Durchlasses 38, wobei ein Bereich zwischen 4:1 und 40:1 besonders bevorzugt ist.
Durch die Ausbildung eines solchen Durchlasses 38 kann die gesamte Umlaufmenge des Wärmeträgermediums im Verhältnis zum gewünschten Sondendurchfluss gewählt und eingestellt werden. Darüber hinaus ergibt sich als Nebeneffekt eine einfache Entlüftung von zwei oder mehr in Reihe geschalteten Erdsonden bei Ihrer Befüllung mit einem War- meträgermedium. Günstigerweise verbindet der Durchlass 38 hierbei den dritten und vierten Anschluss 36, 37 an den oberen Enden ihrer Durchlassöffnungen.
Der Durchlass 38 wird von einer Öffnung einer Zwischenwand zwischen dem dritten An- Schluss und dem vierten Anschluss gebildet. In dieser Öffnung kann zur Einstellung des Durchflusses ein Einsatz 54 vorhanden sein. Der Einsatz 54 kann beispielsweise eingeschraubt oder eingesteckt sein. Je nach Sondenart und Sondenlänge kann vor der Montage des Sondenkopfes ein passender Einsatz 54 eingesetzt werden, wobei Einsätze 54 mit unterschiedlichen Durchlassquerschnitten (= Öffnungsquerschnittsflächen) vorhanden sind. Statt dessen könnte beispielsweise auch ein fix montierter Durchlass mit einstellbarer Öffnungsquerschnittsfläche vorhanden sein.
Die Steckverbindungen 9, 10 (Fig. 1) zwischen den Leitungsstücken 6, 7, 8 sind vorzugsweise in der gleichen Weise wie die Steckverbindungen zwischen der Zuführ- bzw. Abführlei- tung und dem dritten bzw. vierten Anschluss 36, 37 des Sondenkopfes 14 ausgebildet. Ein jeweiliges Leitungsstück 2 - 8 weist somit am einen Ende ein Steckerteil und am anderen Ende ein Buchsenteil der Steckverbindung auf.
Denkbar und möglich wäre beispielsweise auch eine steckbare Verbindung der Leitungs- stücke 2 - 8 über ein dazwischenliegendes Kupplungsstück. In diesem Fall könnten die Leitungsstücke 2 - 8 an beiden Enden in der gleichen Weise ausgebildet sein, also beidseitig als Steckerteil oder beidseitig als Buchsenteil der Steckverbindung, und das Kupplungsstück könnte beidseitig das entsprechende Gegenstück der Steckverbindung bilden. Die Verbindung mit den dritten und vierten Anschlüssen 36, 37 des Sondenkopfes 14 wür- de in diesem Fall ebenfalls jeweils über ein Kupplungsstück erfolgen.
In den Fig. 7 und 8 ist eine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ausgebildete Erdsonde 1 mit einem aufgesteckten Sondenkopf 14 dargestellt. Diese Erdsonde 1 umfasst hier zwei zusammengesteckte Sondenmodule 11 gleicher Länge. Natürlich könnten auch Sondenmodule 11 unterschiedlicher Länge und/oder eine andere Anzahl von Sondenmodulen 11 vorhanden sein. Der Unterschied zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Erdsonde 1 ohne ein Außenrohr und eine zwischen dem Außenrohr und dem Leitungssystem eingefüllte Ausgussmasse ausgebildet ist. Die einzelnen Sondenmodule 11 und das Fußstück 13 sind somit ohne Außenrohrstücke und dazwischen gefüllte Ausgussmasse ausgebildet. Diese Ausbildung der Erdsonde 1 eignet sich beispielsweise zum Einsetzen in ein ins Erdreich eingebrachtes Loch, welches beispielsweise durch Bohren, Rammen, Verdrängen, durch ein Spülverfahren oder aus Kombinationen hiervon hergestellt wurde, wobei nach der Einbringung der Erdsonde in den Zwischenraum zwischen Erdloch und Erdsonde eine Ausgussmasse eingefüllt wird. Ebenso kann die Erdsonde in einen Hohlraum eines in die Erde eingebrachten Teils eingesetzt werden, beispielsweise eines, insbesondere durch Einrammen oder Einvibrieren, abgeteuften Stahlrohrs oder Betonrohrs oder eines Piloten oder Fundaments. Der Zwischenraum zwischen der Erdsonde und dem die Erdsonde aufnehmenden Teil wird gleichfalls mit einer Ausgussmasse ausgegossen. Weiters ist eine Einbringung in Ortbeton während seines flüssigen Zustandes möglich.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der Fig. 9 bis 14 erläutert. Für zu den vorherigen Ausführungsbeispielen analoge Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Erdsonde ist hier als sogenannte U-Sonde mit nebeneinander verlaufender Hin- und Rückleitung ausgebildet. Ein Sondenmodul 11 ist in Fig. 9 und 10 dargestellt. Das Sondenmodul umfasst nebeneinanderliegende Rohrstücke, die Abschnitte 15, 16 der Hin- und Rückleitung bilden. Die Rohrstücke sind beispielsweise wie dargestellt als Wellrohre ausgebildet, könnten aber auch in anderer Form ausgebildet sein, beispielsweise in Form von Glattrohren oder in anderer Weise strukturierten Rohren, beispielsweise Rohren mit nach außen und/oder innen abstehenden Noppen.
Die Abschnitte 15, 16 der Hin- und Rückleitung werden von einem Außenrohrstück 17 aufgenommen. Das Außenrohrstück 17 überragt hier die Abschnitte 15, 16 an ihren beiden Enden, dies hängt aber von der Ausbildung der weiter unten beschriebenen Steckverbindung ab, die auch in anderer Weise ausgebildet werden könnte, beispielsweise in analoger Weise wie für die äußeren Rohrstücke des koaxialen Leitungssystems der zuvor be- schriebenen Ausführungsformen.
Der Zwischenraum zwischen den Abschnitten 15, 16 und dem Außenrohrstück 17 ist zumindest über einen Großteil seiner Länge mit einer Ausgussmasse 19 befüllt, die in der gleichen Weise wie bereits beschrieben ausgebildet sein kann.
Zur flexiblen Ausbildung von Erdsonden unterschiedlicher Länge sind günstigerweise e- benso unterschiedliche Längen von Sondenmodulen 11 vorhanden.
Die Sondenmodule 11 können durch Steckverbindungen miteinander verbunden werden, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist.
Zur Verbindung der Abschnitte 15, 16 von zwei Sondenmodulen 11 dienen hier von Rohrstücken gebildete Kupplungsstücke 39, welche vorzugsweise für die Verbindung der Abschnitte 15 und für die Verbindung der Abschnitte 16 in gleicher weise ausgebildet sind. Ein jeweiliges Kupplungsstück 39 ist vorzugsweise mit seinem oberen Ende mit dem Abschnitt 15 bzw. dem Abschnitt 16 des oberen Sondenmoduls 11 durch eine Steckverbindung verbindbar und mit seinem unteren Ende mit dem Abschnitt 15 bzw. dem Abschnitt 16 des unteren Sondenmoduls 11 durch eine Steckverbindung verbindbar. Alle Steckverbindungen sind vorzugsweise in der gleichen Weise ausgeführt.
Beispielsweise wird eine solche Steckverbindung wie dargestellt dadurch ausgebildet, dass die Abschnitte 15, 16 mit Endstücken 40 versehen sind, die Rastzungen mit nach innen ragenden Rastnasen 41 aufweisen. In Umfangsrichtung sind mindestens zwei solche Rastzungen vorhanden, die durch Schlitze freigestellt sind, um eine federelastische Ausbildung zu erreichen. Gegenüber dem Ende des Schlitzes weiter in Richtung zur Mitte des Abschnitts 15 bzw. 16 liegend ist eine Dichtfläche zur Anlage einer auf dem jeweiligen Endabschnitts des Kupplungsstücks 39 angeordneten Dichtung 42 ausgebildet. Das Kupp- lungsstück 39 weist weiters im jeweiligen Endabschnitt eine, beispielsweise von einer Ringnut, ausgebildete Rastvertiefung für den Eingriff der Rastnasen 41 auf.
Zur Verbindung der Außen rohrstücke 17 von zwei zusammengesteckten Sondenmodulen 11 dient ein Kupplungsstück 43, welches beispielsweise aus stahlverstärktem Kunststoff ausgebildet ist. Das Kupplungsstück 43 kann in die Enden der Außen rohrstücke 17 der zu verbindenden Sondenmodule 11 eingesteckt werden. Die Einstecktiefe kann durch Anschläge 44, 45 begrenzt sein. Das Kupplungsstück 43 besitzt durchgehende Kanäle zum Durchtritt der Kupplungsstücke 39.
Das Kupplungsstück 43 bildet somit Steckverbindungen mit den Außenrohrstücken 17 der beiden zu verbindenden Sondenmodule 11 aus, wobei es die Außen rohrstücke 17 zueinander zentriert. Im miteinander verbundenen Zustand liegen die Enden der Außenrohrstü- cke 17 aufeinander auf.
Die Steckverbindungen zur Verbindung der Abschnitte 15, 16 und der Außenrohrstücke 17 könnten auch in einer anderen Weise als dargestellt ausgebildet sein. Beispielsweise könnten die Abschnitte 15, 16 und/oder die Außenrohrstücke 17 auch direkt, ohne Zuhilfenahme von Kupplungsstücken 39, 43 durch Steckverbindungen verbunden sein. Günstigerweise ist jedenfalls zumindest eine der Steckverbindungen, vorzugsweise eine jeweili- ge Steckverbindung für die Abschnitte 15, 16, als die beiden durch die Steckverbindung miteinander verbundenen Teile im geschlossenen Zustand formschlüssig miteinander verbindende Rastverbindung ausgebildet.
Das in Fig. 13 dargestellte Fußstück 13 ist hier von einem bogenförmigen Rohrstück gebil- det, welches mit seinem einen Ende mit dem Abschnitt 15 der Hinleitung und mit seinem anderen Ende mit dem Abschnitt 16 der Rückleitung des Sondenmoduls 11 durch eine jeweilige Steckverbindung verbunden ist. Die Steckverbindungen sind in der gleichen Weise wie die Steckverbindungen der Kupplungsstücke 39 mit den Abschnitten 15 bzw. 16 beim Verbinden von zwei Sondenmodulen 11 ausgebildet, also vorzugsweise wiederum im geschlossenen Zustand formschlüssig verrastet.
Statt dessen könnte das Fußstück 13 beispielsweise von einem Topf mit zwei Anschlussstutzen gebildet werden, die über solche Steckverbindungen mit den Abschnitten 15, 16 verbindbar sind.
Das Außenrohrstück des untersten Sondenmoduls 11 ragt hier über das Fußstück 13 hinaus nach unten. Endseitig ist ein beispielsweise plattenförmig ausgebildetes Rammstück 33 mit dem Außenrohrstück 17 verbunden, um die Erdsonde 1 in den Boden einzurammen bzw. einzuvibrieren. Das Rammstück 33 kann nach unten hin auch eine pyramidenförmige oder spitze Ausformung haben.
In Fig. 14 ist ein mit dem obersten Sondenmodul 11 verbundener Sondenkopf 14 darge- stellt. Der erste und zweite Anschluss 34, 35 zur Verbindung mit den Abschnitten 15, 16 der Hin- und Rückleitung werden von Rohrstücken gebildet, deren Endabschnitte in der gleichen Weise wie die Endabschnitte der Kupplungsstücke 39 ausgebildet sind, um Steckverbindungen mit den Abschnitten 15, 16 zu bilden.
Die dritten und vierten Anschlüsse 36, 37 sind in der bereits anhand Fig. 6 beschriebenen Weise ausgebildet. Wie ebenfalls bereits beschrieben, ist zwischen dem dritten und vierten Anschluss 36, 37 ein Durchlass 38 vorhanden, der als Öffnung in einer Trennwand 46 ausgebildet ist und die bereits beschriebenen Funktionen hat, wie die Wahl des Sondendurchflusses und die Entlüftung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Erdsonde mit einem aufgesteckten Sondenkopf ist in Fig. 15 dargestellt. Im Unterschied zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel weist diese Erdsonde kein außerhalb der Hin- und Rückleitung liegendes Außenrohr auf. Die Erdsonde dient analog wie die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Erdsonde zum Einbrin- gen in eine bereits vorhandene, lochförmige Öffnung, vgl. die im Zusammenhang mit den Fig. 7 und 8 beschriebenen Anwendungsarten.
Die Sondenmodule 11 sind hier in Form von Leitungsstücken ausgebildet, die jeweils entweder einen Abschnitt 15 der Hinleitung der Erdsonde oder einen Abschnitt 16 der Rück- leitung der Erdsonde ausbilden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Hinleitung und die Rückleitung jeweils zwei Sondenmodule 11 gleicher Länge auf. Natürlich können zur Anpassung der Länge der Erdsonde wie bereits beschrieben Sondenmodule 1 1 unterschiedlicher Länge eingesetzt werden und/oder es kann eine andere (grad- zahlige) Anzahl von Sondenmodulen für das Erreichen der gewünschten Länge vorgese- hen werden.
Die Steckverbindungen zwischen den Sondenmodulen 11 sind in Fig. 15 nicht im Einzelnen dargestellt. Beispielsweise könnte ein jeweiliges Sondenmodul 11 am einen Ende eine Ausbildung wie die Abschnitte 15, 16 des anhand der Fig. 9 bis 14 beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiels und am andern Ende eine Ausbildung wie die Kupplungsstücke 39 dieses zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels aufweisen.
Das unterste Sondenmodul 11, das einen Abschnitt der Hinleitung 15 bildet, und das unterste Sondenmodul 11 , das einen Abschnitt der Rückleitung 16 bildet, sind durch ein Fuß- stück 13 miteinander verbunden, wodurch die Hin- und Rückleitung der Erdsonde 1 miteinander verbunden werden. Die Verbindung des Fußstücks 13 mit den Sondenmodulen 11 erfolgt über Steckverbindungen, die in der gleichen Weise wie die Steckverbindungen zwischen den Sondenmodulen 11 ausgebildet sind. Das obere Ende des Sondenmoduls 11, welches den obersten Abschnitt 15 der Hinleitung bildet und das obere Ende des Sondenmoduls 1 1, welches den obersten Abschnitt 16 der Rückleitung bildet, sind mit ersten und zweiten Anschlüssen 34, 35 eines Sondenkopfes 14 verbunden. Hierbei werden Steckverbindungen in der gleichen Weise wie die Steckverbindungen zwischen Sondenmodulen 11 ausgebildet.
Der Sondenkopf 14 besitzt weiters dritte und vierte Anschlüsse zur Ausbildung von Steckverbindungen mit einer Zuführ- und einer Abführleitung. Der dritte und vierte Anschluss 36, 37 sind in der bereits beschriebenen Weise über einen Durchlass 38 miteinander verbunden.
Fig. 16 zeigt einen oberen Abschnitt einer, beispielsweise in Form einer U-Sonde, ausgebildeten Erdsonde mit aufgestecktem Sondenkopf, an den Leitungsstücke 5, 6, 7 zur Aus- bildung von Zu- und Abführleitungen angesteckt sind. Die Verbindung des Sondenkopfes 14 mit der Erdsonde 1 ist nur schematisch dargestellt, kann aber beispielsweise gleich wie in Fig. 14 dargestellt ausgebildet sein. Die Steckverbindungen zwischen den Leitungsstücken 5, 6 und den dritten und vierten Anschlüssen 36, 37 des Sondenkopfes 14 sind ebenfalls in der gleichen Weise in Form von Rastverbindungen ausgebildet. Die gleichen Steck- Verbindungen sind auch zwischen einzelnen Leitungsstücken 6, 7 ausgebildet, wobei die Zu- und/oder Abführleitung zur bzw. von der Erdsonde 1 aus mehreren zusammengesteckten Leitungsstücken 5 -7 ausgebildet ist.
Die Leitungsstücke 5 - 7 sind in Form von Wellrohren ausgebildet Sie besitzen dadurch trotz einer guten Biegbarkeit eine ausreichende Stabilität gegenüber dem auf sie einwirkenden Erddruck. Es können beispielsweise die gleichen Wellrohre, an denen am einen Ende ein Steckerteil und am anderen Ende ein Buchsenteil der Steckverbindung angebracht ist, als Leitungsstück der Zu- und Abführleitung zur bzw. von der Erdsonde 1 und als Abschnitt 15, 16 der Hin- und Rückleitung der Erdsonde eingesetzt werden.
Zur Verbindung von Leitungsstücken 3 - 5 untereinander und zur Verbindung von Leitungsstücken 3 - 5 mit den dritten und vierten Anschlüssen 36, 37 des Sondenkopfs 14 können wiederum auch Kupplungsstücke eingesetzt werden, deren Enden mit den zu verbindenden Teilen zusammengesteckt werden. Die Leitungsstücke 5 - 7 könnten in diesem Fall an beiden Enden ein gleich ausgebildetes Steckverbinderteil aufweisen.
Ein Sondenmodul gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Folgenden anhand der Fig. 17 bis 19 erläutert. Der Unterschied zu dem anhand der Fig. 2 bis 4 erläuterten Sondenmodul besteht darin, dass als Außenrohrstück 47 ein Stahlbetonrohr eingesetzt wird, welches an den Abschnitt 16 der Rückleitung bildenden äußeren Rohrstück des Abschnitts des Leitungssystems des Sondenmoduls 11 angrenzt. Hierzu wird ein aus Betonstahl 48, 49 ausgebildeter Korb, der das äußere Rohrstück des Leitungssystems umgibt, in einer rohr- förmigen Schalung mit Beton ausgegossen. Die in Längsrichtung sich erstreckenden stab- förmigen Betonstahlteile 48 erstrecken sich über den mit Beton ausgegossenen Bereich hinaus und an ihren Enden ist jeweils ein Rohrstutzen 50 aus Stahl angeschweißt. Zum Verbinden von zwei Sondenmodulen 11 werden Kupplungsstücke 51 , 52 verwendet, die mit ihren beiden Enden mit den zu verbindenden Abschnitten 15, 16 der Hin- bzw. Rücklei- tung zusammengesteckt werden. Das mit den äußeren Rohrstücken zusammengesteckte Kupplungsstück 52 ist mit diesen verrastet und durch eine jeweilige Dichtung 24 druckfest abgedichtet.
Die stirnseitigen Enden der Sondenmodule nach Fig. 17, 18, 19 mit den Rohrstutzen 50 aus Stahl werden beim Zusammenstecken durch eine Stahlmuffe 53 verbunden und zueinander zentriert.
Die Fließrichtung des Wärmeträgermediums wurde bei den Sondenmodulen mit koaxialem Aufbau so beschrieben, dass die Hinleitung durch das Innenrohr und die Rückleitung durch das Außenrohr erfolgt. Es versteht sich von selbst, dass die Fließrichtung für das Wärmeträgermedium auch in umgekehrter Richtung erfolgen kann.
Anstelle der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Steckverbindungen könnten auch andere form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen eingesetzt werden, beispiels- weise Schraubverbindungen.
Wenn im Rahmen dieser Schrift von einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung die Rede ist, so könnte eine solche auch als form- und/oder kraftschlüssige Kupplung bezeichnet werden. Eine solche Verbindung bzw. Kupplung kann nach dem Schließen wieder lösbar (trennbar) oder, beispielsweise durch Rastelemente, unlösbar sein. Weiters kann die Verbindung bzw. Kupplung werkzeuglos schließbar ausgebildet sein.
L e g e n d e zu den Hinweisziffern:
1 Erdsonde 26 Hülse
2 Leitungsstück
3 Leitungsstück; 28 Anschlag
4 Leitungsstück 29 Rohrstutzen
5 Leitungsstück 30 Rohstück
6 Leitungsstück 31 Deckel
7 Leitungsstück 32 Außenrohrstück
8 Leitungsstück 33 Rammstück
9 Steckverbindung 34 erster Anschluss
10 Steckverbindung 35 zweiter Anschluss
1 1 Sondenmodul 36 dritter Anschluss
12 Sondenmodul 37 vierter Anschluss
13 Fußstück 38 Durchlass
14 Sondenkopf 39 Kupplungsstück
15 Abschnitt 40 Endstück
16 Abschnitt 41 Rastnase
17 Außenrohrstück 42 Dichtung
18 Zwischenraum 43 Kupplungsstück
19 Ausgussmasse 44 Anschlag
20 Noppe 45 Anschlag
21 Leiste 46 Trennwand
22 Rohrstutzen 47 Außenrohrstück
23 Steckerteil 48 Betonstahl
24 Dichtung 49 Betonstahl
25 Rastzunge 50 Rohrstutzen
51 Kupplungsstück
52 Kupplungsstück
53 Stahl muffe
54 Einsatz

Claims

Patentansprüche:
1. Erdsondenanlage zur Aufnahme von thermischer Energie aus dem Erdreich und/oder zur Abgabe von thermischer Energie an das Erdreich, welche mindestens eine Erdson- de (1) mit einem Leitungssystem, das eine Hinleitung und eine Rückleitung für ein
Wärmeträgermedium umfasst, sowie ein Verbindungsleitungssystem (2 - 10) aufweist, mittels dem das Wärmeträgermedium einer jeweiligen Erdsonde (1) über eine zu dieser Erdsonde (1) führende Zuführleitung zuführbar ist und über welches das Wärmeträgermedium von einer jeweiligen Erdsonde (1) über eine von dieser Erdsonde wegfüh- rende Abführleitung abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende einerjeweiligen Erdsonde (1) ein Sondenkopf (14) angeschlossen ist, der erste und zweite Anschlüsse (34, 35) zur Ausbildung von Verbindungen, von denen mindestens eine form- und/oder kraftschlüssig ist, vorzugsweise Steckverbindungen, mit der Hin- und Rückleitung dieser Erdsonde (1) und dritte und vierte Anschlüsse (36, 37) zur Ausbil- düng von form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen, mit der Zuführleitung zu dieser Erdsonde (1) und der Abführleitung von dieser Erdsonde (1) aufweist.
2. Erdsondenanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (14) einen den dritten mit dem vierten Anschluss (36, 37) verbindenden Durchlass (38) aufweist, von dem ein Bypass gegenüber der Erdsonde (1) ausgebildet wird.
3. Erdsondenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsquerschnittsfläche des Durchlasses (38) kleiner ist als die Öffnungsquerschnittsfläche des ersten Anschlusses (34) und kleiner ist als die Öffnungsquerschnittsfläche des zweiten
Anschlusses (35).
4. Erdsondenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsquerschnittsfläche des ersten Anschlusses (34) und die Öffnungsquerschnittsfläche des zweiten Anschlusses (35) jeweils mindestens zweimal bis hundertmal größer als die
Öffnungsquerschnittsfläche des Durchlasses (38) sind, vorzugsweise jeweils mindestens viermal bis vierzigmal größer als die Öffnungsquerschnittsfläche des Durchlasses (38) sind.
5. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass den dritten und vierten Anschluss (36, 37) im oberen Bereich ihrer Durchlassöffnungen verbindet
6. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdsondenanlage zwei oder mehr in Reihe geschaltete Erdsonden (1) umfasst.
7. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführ- und Abführleitungen aus miteinander mittels form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen, verbindbaren Leitungsstücken (2 - 8) ausgebildet sind.
8. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Zuführ- und Abführleitungen mehrere mittels form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen (9, 10), miteinander verbundene Leitungsstücke (6 - 8) umfasst
9. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführ- und Abführleitungen mittels form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen (9, 10), verbindbare Leitungsstücke (2- 8) unterschiedlicher Länge umfassen.
10. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Erdsonde (1) mindestens ein Sondenmodul (11, 12), das einen Abschnitt
(15, 16) der Hin- und/oder Rückleitung der Erdsonde (1) ausbildet, und ein Fußstück (13) aufweist, das einen die Hin- mit der Rückleitung verbindenden Abschnitt des Leitungssystems ausbildet und das mit dem Sondenmodul (11) oder einem untersten der Sondenmodule (11) der Erdsonde (1) mittels mindestens einer form- und/oder kraft- schlüssigen Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung, verbunden ist.
11. Erdsondenanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sondenmodul (11, 12) und das Fußstück (13) jeweils ein Außenrohrstück (17, 32) aufweisen, von dem der vom jeweiligen Sondenmodul (11 , 12) bzw. vom Fußstück (13) ausgebildete Abschnitt des Leitungssystems der Erdsonde (1) aufgenommen ist.
12. Erdsondenanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohrstück (32) des Fußstücks (13) mit dem Außenrohrstück (17) des Sondenmoduls (11 , 12) durch mindestens eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung, verbunden ist.
13. Erdsondenanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Sondenmodul (11 , 12) gebildete Abschnitt des Leitungssystems der Erdsonde (1) Rohrstücke umfasst, von denen Abschnitte (15, 16) der Hin- und der Rückleitung gebil- det werden.
14. Erdsondenanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (15, 16) der Hin- und Rückleitung des mit dem Fußstück (13) verbundenen Sondenmoduls (11, 12) mit dem vom Fußstück (13) gebildeten Abschnitt des Leitungssystems der Erdsonde über form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen, verbunden sind.
15. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Erdsonde (1) zumindest zwei Sondenmodule (11, 12) umfasst, die durch mindestens eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung, miteinander verbunden sind.
16. Erdsondenanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenrohrstü- cke (17) von zwei miteinander verbundenen Sondenmodulen (11, 12) durch mindestens eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung, miteinander verbunden sind.
17. Erdsondenanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Abschnitte (15) der Hinleitung und/oder die Abschnitte (16) der Rückleitung von zwei miteinander verbundenen Sondenmodulen (11, 12) durch mindestens eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung, miteinander verbunden sind.
18. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassquerschnitt des Durchlasses (38) veränderbar ist, wobei zur Einstellung des Durchlassquerschnitts vorzugsweise Einsätze mit unterschiedlichen Durchlassquerschnitten vorhanden sind, die wahlweise in eine Öffnung in einer Zwischenwand zwi- sehen dem dritten und dem vierten Anschluss (36, 37) einsetzbar sind.
19. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (15, 16) der Hin- und Rückleitung eine ineinanderliegende, vorzugsweise koaxiale, Anordnung aufweisen und dass die ersten und zweiten Anschlüsse (34, 35) eine ineinanderliegende, vorzugsweise koaxiale, Anordnung aufweisen.
20. Erdsondenanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der außenliegende zweite Anschluss (35) im mit der Rückleitung der Erdsonde (1) verbundenen Zustand durch eine im geschlossenen Zustand verrastete Steckverbindung formschlüssig ver- bunden ist.
21. Erdsondenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf erste und zweite Anschlüsse (34, 35) zur Ausbildung von form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, vorzugsweise Steckverbindungen, mit der Hin- und Rückleitung der Erdsonde (1) aufweist.
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