WO2016030076A1 - Isolierende rohrleitung, verwendung einer isolierenden rohrleitung, verfahren zu deren herstellung und erdwärmesonde - Google Patents

Isolierende rohrleitung, verwendung einer isolierenden rohrleitung, verfahren zu deren herstellung und erdwärmesonde Download PDF

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WO2016030076A1
WO2016030076A1 PCT/EP2015/066227 EP2015066227W WO2016030076A1 WO 2016030076 A1 WO2016030076 A1 WO 2016030076A1 EP 2015066227 W EP2015066227 W EP 2015066227W WO 2016030076 A1 WO2016030076 A1 WO 2016030076A1
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insulating
layers
insulating pipe
wall
spacer
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PCT/EP2015/066227
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Hansjürg Leibundgut
Georg PUTZI
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ETH Zürich
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    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
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    • F16L11/08—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall
    • F16L11/081—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more layers of a helically wound cord or wire
    • F16L11/083—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more layers of a helically wound cord or wire three or more layers
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • 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
    • 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

  • Insulating piping use of insulating piping, process for their manufacture and
  • the present invention relates to an insulating
  • Insulating pipelines are used in particular for conducting fluids whose thermal state is to be maintained essentially unchanged during the course of the pipeline.
  • the thermal state of the fluid for example water
  • Insulation involves an increase in wall thickness
  • Insulated insulating material An insulating pipe, for example, finds
  • a core tube in a geothermal probe in particular a coaxial geothermal probe.
  • a geothermal probe is sunk to a depth of, for example, up to 600 m.
  • a heat transfer medium flows, for example
  • the heat transfer medium absorbs the geothermal energy, which is present in the soil, and then flows through the centrally arranged core tube back to the surface. So that the heated heat transfer medium flowing in the core tube only returns its heat as slightly as possible to the outside in the annular gap
  • the wall of the core tube should have a particularly high thermal insulation at a
  • Geothermal probes typically range in depth from 50 to 350 m, whereby deeper holes are not uncommon to transfer the increasing with increasing depth in the ground heat energy to the heat transfer medium.
  • the contact surface between the inner flow channel in the insulated core tube and the outer flow channel increases as the well depth increases.
  • the thermal insulation of the core tube is thus an essential point for increasing the efficiency of the geothermal probe.
  • a thermal resistance of the pipe of 0.3 to 0.5 K / W is sought. Assuming a wall thickness of the core tube of 10 mm, this value can be achieved if the thermal conductivity of the wall of the core tube reaches a value of 0.1 W / m / K to 0.15 W / m / K.
  • typically high thermal resistance materials are used, such as airgel, 2-component foams,
  • This average density may be less than the density of water (1000 kg / m 3 ). When sinking these core tubes they would then float when reaching a water level on the water.
  • ballast e.g. a large amount of steel
  • the document CH 706 507 AI discloses a coaxial geothermal probe. To increase the efficiency of the bordered Cladding tube in the installed state of the probe directly to a wall of a borehole heat exchanger hole.
  • the object of the present invention is to provide an insulating pipe, in which the
  • Invention has a wall which at least two
  • an insulating pipe is provided whose wall comprises a plurality of registered or trapped air inclusions.
  • a plurality of air gaps are formed by means of the spacers between the at least two layers. The respectively registered or stored in the air gaps air can advantageously not escape, so that the multiple air pockets equal to an air cushion circumferentially distributed at equal or different distances in the entire wall of the pipeline.
  • Base material of the insulating pipe itself namely the layers, which are particularly inexpensive
  • the spacers can be made of metal or metal inserts (eg wires or the like). Alternatively, the metal or metal inserts (eg wires or the like). Alternatively, the metal or metal inserts (eg wires or the like). Alternatively, the metal or metal inserts (eg wires or the like). Alternatively, the metal or metal inserts (eg wires or the like). Alternatively, the metal or metal inserts (eg wires or the like). Alternatively, the
  • the air pockets are obtained, for example, by spaced layers or webs that offset
  • the layers are wound into a tube webs.
  • By winding webs to a tube particularly cost-effective production is ensured. Compared with the prior art, productivity is increased.
  • the layers comprise a pulp, in particular paper or cardboard, and / or plastic.
  • the insulating piping may simply turn off
  • Recycling material are produced, which is particularly cost-effective, environmentally friendly and sustainable.
  • no residues are advantageously delivered to the medium flowing inside and / or outside, for example water.
  • the layers are glued together.
  • the insulating pipeline can be inexpensively manufactured by endlessly winding the layers onto, for example, a mandrel which predetermines the inner diameter, the respective layers being continuously bonded to the respectively underlying web.
  • a bonding material for example, a cost-effective and
  • Winding process allows particularly favorable
  • the insulating pipe has an average density of 900 to 1000 kg / m 3 , in particular 950 to 980 kg / m 3 .
  • This density value can be adjusted or determined by a suitable choice of, inter alia, material, density and number of spacers, if other parameters are predetermined, such as the volume of the total
  • the insulating pipe thus has an average density which is slightly lower than the density of water. Thus, the pipeline will easily float when off
  • the spacer comprises at least one metal wire.
  • This at least one metal wire is in the production of the insulating pipe in the
  • the weight can be predetermined. This increases overall the average weight or the average density of the insulating pipe, which has the advantage that the insulating pipe does not float on the water when sinking into a groundwater-filled hole. Thus, with appropriate adjustment of the average density with the involvement of the weight of
  • the insulating piping advantageously as the core tube of a geothermal probe
  • the metal wire or higher density pulp comprises thickened portions formed sequentially in its longitudinal direction. In the area of these thickened portions, superimposed layers are spaced apart while the layers are bonded in the non-thickened intermediate portions of the metal wire or pulp. This will be
  • Radial direction of the pipeline considered also arranged one above the other distributed in the wall. These numerous air pockets provide the insulating piping with excellent thermal insulation properties.
  • the metal wire or pulp of increased density is spirally wrapped in the layers.
  • the pitch ie, the distance that the metal wire or the pulp of increased density winds in a full revolution in the direction of the center axis, can be adjusted in addition to the features listed above for the corresponding adjustment of the weight or the density of the pipeline.
  • adjacent winding of the metal wire or pulp with increased density increases according to the weight or the density of the pipeline.
  • the spacer comprises a plurality of metal wires which are twisted together.
  • Twisting metal wires can be advantageously set the average weight or the average density of the insulating pipe.
  • metal wires assume an outer contour with alternating elevations and depressions.
  • Metal wires in the layers become hermetically sealed air pockets in the layers
  • the spacer may consist of a pulp, in particular paper or cardboard, and / or plastic.
  • inventive Pipe completely made of a pulp, ie no metal parts are processed, which is a special
  • Metal parts in the spacers is present, for example, the specific gravity of the entire
  • the spacer comprises a plurality of spherical elements and / or a powder.
  • the spherical elements are connected sequentially.
  • powder When using powder as
  • Design of the spacer are hermetically in the wall of the insulating pipe from each other
  • the spherical elements may, for example, be interconnected by means of a continuous metal wire. Alternatively, the spherical elements are not interconnected and will be introduced into the layers as loose spheres.
  • suitable choice of the material of the spherical elements, for example steel, the size (diameter) and the distribution density, i. the distance to each other, can be wound
  • the pipe or their average density can be adjusted so that the insulating pipe floats only slightly in water.
  • the spacer preferably comprises a layer of webs fitted with at least one spacer element.
  • the material of the web layer may be the same as the material of the wound layers, e.g. Paper, cardboard or plastic.
  • Spacer elements themselves can be selected or adjusted advantageous overall the average weight or the average density of the insulating pipe.
  • the insulating pipe designed as a core tube of a geothermal probe, only slightly floats in water.
  • Spacer element is a spherical element and / or powder. It can be used as a spacer element further elements, with balls for reliable
  • Forming the air pockets have shown to be particularly advantageous.
  • Spacer elements can advantageously either already in the production of the layers to be wound applied and fixed thereon.
  • the spacer elements may be provided with an adhesive material,
  • glue may be attached thereto when winding the layers.
  • the insulating pipe comprises a fluid-impermeable layer, in particular a
  • Plastic material which on the inner circumference and / or
  • the fluid-impermeable layer comprises a plastic material.
  • the inner circumference and / or the outer circumference for example, with a
  • the insulating pipe further comprises an applied on the outer circumference of the wall
  • the insulating pipe further comprises at least one coupling attached to one of the longitudinal ends of the insulating pipe adapted for fluid-tight coupling with at least one further insulating pipe. This allows several
  • Insulating piping in a short time, for example, in place of the installation, particularly reliable and also fluid-tightly interconnected.
  • the present invention is further directed to use of an insulating conduit for thermally-isolated conducting of a fluid.
  • the present invention is further directed to a method of making an insulating conduit.
  • the method according to the invention comprises producing a wall by winding at least two layers; and introducing a plurality of air inclusions into the wall by interposing a plurality of
  • an insulating pipe is produced, which has a very high thermal resistance.
  • a material of the layers for example, paper or cardboard can be used, thereby advantageously on a sustainable, environmentally friendly and recyclable material
  • the average weight or the average density of the insulating pipe can be determined or adjusted so that it does not float or very slightly in water.
  • Insulating tubing can be wound endlessly in production and can then be cut to bars or individual tubes. For sufficient curing of the
  • Adhesive material which is used to connect the individual
  • the method further comprises applying a fluid-impermeable layer on the inner circumference and / or outer circumference of the wall.
  • a fluid-impermeable layer on the inner circumference and / or outer circumference of the wall.
  • the individual tubes can be provided with couplings.
  • the invention further relates to a geothermal probe, comprising an inventive insulating pipe for
  • the inventive geothermal probe is overall very efficient and inexpensive and has a high efficiency.
  • a (ballast) weight is also added to the insulative tubing. The weight or the middle one
  • Density of the insulating pipe can here
  • Figure 1 is a schematic view of a
  • Figure 2 is a schematic view of
  • inventive insulating pipe in a sectional view in a plane perpendicular to the center axis
  • Figure 3 is a schematic view of
  • inventive insulating pipe in a sectional view in a plane along the center axis
  • Figures 4A-H are schematic views of exemplary
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an exemplary manufacturing method of a
  • the manufacturing method comprises producing a wall 12 of the insulating pipe 10 by winding at least two layers 14, and a plurality of times
  • the Layers 14 are in this case endlessly wound on the circumference of a cylindrical body 18, for example a mandrel or a shaft. In other words, a layer 14, angled in relation to the center axis of the cylindrical body 18, on its peripheral surface
  • the winding station is displaced continuously along the axial direction of the cylindrical body 18. In the example shown in FIG. 1, the winding takes place in the direction from right to left. Following this example, several
  • the spacers 16 are formed in the example shown as a metal wire.
  • over-wound layers 14 in FIG. 1 are formed in the example shown as a metal wire.
  • FIG. 1 shows the insulating pipe 10 m a
  • FIG. 3 shows the insulating pipe 10 in one
  • Spacers 16 keep individual layers of the layers 14 spaced from each other so that air pockets are formed.
  • Pipe 10 may be a core tube of a coaxial geothermal probe.
  • the insulating pipe 10 may have an inner diameter of 70 mm and a wall thickness of 10 mm.
  • the core tube is used to conduct a heat transfer medium flow.
  • a cladding tube (not shown) surrounding the core tube coaxially serves to conduct a heat transfer medium return flow.
  • Of the Inner diameter of the cladding tube is for example 130 mm.
  • FIGS. 4A-F show different spacers 16A-16F of the inventive insulating pipeline (not shown).
  • the spacers 16A-16F serve to add additional weight. This weight is intended to compensate for buoyancy in water by the material of the insulating pipeline itself and / or by the trapped air. More specifically, the spacers 16A-16F also serve to impart to the insulative tubing an overall average weight and density, respectively, which provides excessive buoyancy
  • the exemplary spacer 16A shown in Figure 4A is formed as a simple metal wire that can be wrapped between individual layers.
  • FIG. 4B shows a spacer 16B, which is likewise designed as a metal wire.
  • this metal wire comprises thickened sequentially arranged ones
  • Sections 20 For this purpose, the metal wire is punched periodically and in sections at the areas between the thickened portions 20.
  • An advantage of this configuration of the spacer 16B is that thus the thermal contact between separate layers of the layers is minimized.
  • Figure 4C shows an example in which the spacer 16C comprises a plurality of spherical elements 22 which are connected to each other in a row.
  • the spherical elements 22 can this purpose
  • FIG. 4D shows an exemplary spacer 16D, which comprises two metal wires which are twisted together or spirally arranged with respect to one another. By twisting alternating elevations and depressions are created viewed in the longitudinal direction. As a result of this outer contour of the spacer 16D, once it has been introduced into the layers, isolated air pockets are introduced into the layers of the insulating pipeline. For example, more than two metal wires
  • the average weight or the average density of the insulating pipe advantageously be set, the average weight or the average density of the insulating pipe.
  • FIG. 4E shows an exemplary spacer 16E, which comprises a flat sheet layer 24, which comprises a plurality of spacer elements 26 is equipped. There may be a plurality of such web layers 24 as spacers 16E in the individual layers of the insulating pipeline
  • the material of the web layers 24 may be identical to the material of the wound layers, e.g. Paper, cardboard or plastic.
  • the spacer elements 26 may comprise, for example, small balls or a coarse-grained powder. These can either be applied already during the production of the flat web 24 or be attached and fixed directly to the respective layers during the winding of the wall of the insulating pipeline. As a result, individual layers of the wall of the insulating
  • FIG. 4F shows an exemplary spacer 16F, which is designed as a metal sheet 28 with a 3D structure.
  • the metal sheet 28 at
  • cutouts 30 may take any shape, for example the shape of a rectangle, a triangle or a circle.
  • a spacer 16F provided with such punches 30 introduces air pockets into the layers of an insulating pipe.
  • the average density of the metal sheet 28 can advantageously a total of the average Density or the average weight of the insulating pipe, in the wall of the spacer 16F is registered to be set.
  • FIG. 4G shows a section across a wall of a further embodiment variant of the invention
  • Recesses are through overlying more
  • the size and number of trapped air are again selected to give the desired specific gravity of the entire pipeline.
  • the spacers 16G are formed in this embodiment by the layers themselves, just by the offset and spaced

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Abstract

Es ist eine isolierende Rohrleitung (10) mit einer Wandung (12) aus mindestens zwei Schichten (14) vorgeschlagen. Ferner umfasst ist eine Mehrzahl von Abstandshaltern (16), welche den Schichten (14) zwischengefügt sind. Die Abstandshalter (16) sind ausgebildet zum Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung (12).

Description

Isolierende Rohrleitung, Verwendung einer isolierenden Rohrleitung, Verfahren zu deren Herstellung und
Erdwärmesonde
Die vorliegende Erfindung betrifft eine isolierende
Rohrleitung, eine Verwendung einer isolierenden
Rohrleitung, ein Verfahren zum Herstellen einer
isolierenden Rohrleitung und eine Erdwärmesonde .
Isolierende Rohrleitungen finden insbesondere Anwendung zum Leiten von Fluiden, deren thermischer Zustand im Verlaufe der Leitung im Wesentlichen unverändert beibehalten werden soll. Mit anderen Worten ist gewünscht, dass der thermische Zustand des Fluides, beispielsweise Wasser, durch die
Aussenumgebung im Wesentlichen keine Beeinflussung erfährt. Durchgeleitetes Warmwasser, auch Wärmeträgermedium genannt, soll seine Wärme so gering wie möglich an die
Aussenumgebung abgeben.
Um die thermischen Verluste durch die Rohrleitung an die Aussenumgebung zu reduzieren, wird der thermische
Widerstand der Rohrleitung erhöht bzw. die thermische
Isolierung verbessert. Eine Massnahme zur thermischen
Isolierung umfasst eine Erhöhung der Wandstärke der
isolierenden Rohrleitung. Zusätzlich oder alternativ wird die isolierende Rohrleitung mit einem thermischen
Isoliermaterial umhüllt. Eine isolierende Rohrleitung findet beispielsweise
Anwendung als Kernrohr in einer Erdwärmesonde, insbesondere einer Koaxial-Erdwärmesonde . Eine solche Erdwärmesonde wird in eine Tiefe von beispielsweise bis zu 600 m abgeteuft. Im Gebrauch strömt ein Wärmeträgermedium, beispielsweise
Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, in einem äusseren Ringspalt von der Oberfläche bis zum Bohrlochgrund. Hierbei nimmt das Wärmeträgermedium die Erdwärmeenergie auf, welche im Erdreich vorhanden ist, und strömt dann durch das zentral angeordnete Kernrohr wieder zurück an die Oberfläche. Damit das im Kernrohr strömende erwärmte Wärmeträgermedium nur möglichst geringfügig seine Wärme wieder an das ausserhalb im Ringspalt strömende
Wärmeträgermedium abgibt, sollte die Wandung des Kernrohrs eine besonders hohe thermische Dämmung bei einer im
Wesentlichen gering gehaltenen Wandstärke von
beispielsweise 10 mm haben. Somit kann die Erdwärmesonde im Winter zum isolierten Entzug von erwärmtem
Wärmeträgermedium für die Raumwärme- und
Warmwasseraufbereitung dienen. Im Sommer hingegen sorgt die Isolation für einen Transport von Energie mit einem solar aufgewärmten Wärmeträgermedium bei geringem Energieverlust zum Bohrlochgrund zur Kühlung von solar aufgewärmten
Innenräumen und zur Regeneration des Erdreichs und/oder Speicherung von gewonnener Solarenergie im Boden.
Es haben sich die bis zum Bohrlochgrund reichende Standard- Bohrlochdurchmesser von 135 mm, 130 mm und 110 mm
durchgesetzt, wobei das isolierende Kernrohr im Hinblick auf strömungstechnische Optimierungen einen
Innendurchmesser von 70 mm resp. 55 mm hat. Bekannte
Erdwärmesonden reichen typischerweise in eine Tiefe von 50 bis 350 m, wobei auch tiefere Bohrungen nicht unüblich sind, um die mit zunehmender Tiefe im Erdreich zunehmende Wärmeenergie auf das Wärmeträgermedium zu übertragen.
Hierbei nimmt mit zunehmender Bohrlochtiefe auch insgesamt die Kontaktfläche zwischen dem inneren Strömungskanal im isolierten Kernrohr und dem äusseren Strömungskanal zu. Die Wärmeisolation des Kernrohrs ist somit ein wesentlicher Punkt zur Effizienzsteigerung der Erdwärmesonde. Um die thermischen Verluste durch das Kernrohr in einem sinnvollen Rahmen zu halten, wird ein thermischer Widerstand des Rohrs von 0.3 bis 0.5 K/W angestrebt. Unter der Voraussetzung einer Wandstärke des Kernrohrs von 10 mm ist dieser Wert erzielbar, wenn die thermische Leitfähigkeit der Wandung des Kernrohrs einen Wert von 0.1 W/m/K bis 0.15 W/m/K erreicht .
Um einen thermischen Widerstand des Kernrohrs von 0.4 K/W oder mehr zu erreichen, werden typischerweise Materialien mit einem hohen thermischen Widerstand verwendet, wie beispielsweise Aerogel, 2 -Komponenten-Schäume ,
Kunststoffschäume oder Glaswolle. Die Produktion dieser Materialien ist jedoch nicht umweltverträglich oder nicht nachhaltig. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese
Materialien meist auf Erdölbasis produziert werden. Ferner sind diese Materialien teuer, was insbesondere auf Aerogele und 2 -Komponenten-Schäume zutrifft. Zur thermischen Isolierung werden häufig Schaumstoffe aufgetragen, wie beispielsweise Polyolefine-Schäume , welche günstig sind. Diese Schaumstoffe sind jedoch sehr leicht bzw. tragen zu einem hohen Auftrieb des gesamten Kernrohrs in einem umgebenden flüssigen Medium, beispielsweise
Wasser, bei und sind stark kompressibel . Ferner werden poröse extrudierte Kunststoffe verwendet. Ein Nachteil hierin ist, dass sie einen geringen thermischen Widerstand haben und sehr teuer sind. Herkömmliche Kernrohre werden auch extrudiert, geschäumt oder mit Polyolefinschäumen ummantelt .
Es besteht die Gefahr, dass ein Kernrohr eine zu geringe mittlere Dichte aufweist. Diese mittlere Dichte kann geringer sein als die Dichte von Wasser (1000 kg/m3) . Beim Abteufen dieser Kernrohre würden diese dann beim Erreichen eines Wasserspiegels auf dem Wasser aufschwimmen. Als
Gegenmassnahme ist bekannt, die Kernrohre mit einem Gewicht als Ballast, z.B. eine grosse Menge von Stahl, zu ergänzen, damit die Kernrohre zuverlässig ins Bohrloch abgeteuft werden können. Durch die Zugabe von Stahl, lediglich als Ballastgewicht zur Erhöhung des Gesamtgewichts des
Kernrohrs, entstehen jedoch zusätzlich hohe Kosten.
Ausserdem sind teure und zeitaufwendige Arbeitsschritte notwendig, um das Ballastgewicht am Kernrohr anzubinden.
Die Druckschrift CH 706 507 AI offenbart eine Koaxial- Erdwärmesonde . Zur Erhöhung des Wirkungsgrades grenzt das Hüllrohr im eingebauten Zustand der Sonde unmittelbar an eine Wandung einer Erdwärmesondenbohrung an.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine isolierende Rohrleitung anzugeben, bei welcher die
vorstehend genannten Nachteile gelöst sind.
Diese Aufgabe wird durch eine isolierende Rohrleitung gemäss Anspruch 1 gelöst. Ferner angegeben sind eine
Verwendung einer isolierenden Rohrleitung, ein Verfahren zu deren Herstellung und eine Erdwärmesonde. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in weiteren abhängigen Ansprüchen angegeben .
Die isolierende Rohrleitung gemäss der vorliegenden
Erfindung hat eine Wandung, welche mindestens zwei
Schichten umfasst, wobei ferner eine Mehrzahl von
Abstandshaltern umfasst ist, welche den Schichten
zwischengefügt sind, wobei die Abstandshalter ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung einzutragen. Hierdurch wird eine isolierende Rohrleitung geschaffen, deren Wandung eine Mehrzahl von eingetragenen bzw. eingeschlossenen Lufteinschlüssen umfasst. Mit anderen Worten, sind mittels der Abstandshalter zwischen den mindestens zwei Schichten mehrere Luftspalte gebildet. Die jeweils in den Luftspalten eingetragene bzw. gespeicherte Luft kann vorteilhafterweise nicht entweichen, sodass die mehreren Lufteinschlüsse gleich einem Luftpolster umfänglich bei gleichen oder unterschiedlichen Abständen in der gesamten Wandung der Rohrleitung verteilt sind. Diese Lufteinschlüsse verleihen der isolierenden Rohrleitung aufgrund der hervorragenden thermischen Isoliereigenschaft von Luft insgesamt einen hohen thermischen Widerstand.
Hierdurch ist eine hervorragende thermische
Isoliereigenschaft auch bei Wandungen mit einer geringen Dicke geschaffen. Ein weiterer Vorteil liegt in der
besonders günstigen Herstellung, bei welcher das
Basismaterial der isolierenden Rohrleitung selber, nämlich die Schichten, welche besonders kostengünstig sind,
lediglich gewickelt wird.
Die Abstandhalter können aus Metall oder Metalleinlagen (z. B. Drähte oder dgl . ) bestehen. Alternativ können die
Abstandshalter auch aus ähnlichem oder dem gleichen
Material wie die Schichten oder Bahnen selbst bestehen, wobei die Lufteinschlüsse zum Beispiel durch beabstandete Schichten oder Bahnen erhalten werden, die versetzt
angeordnet sind. Die hierdurch entstehenden Ausnehmungen zwischen beabstandeten Bahnen oder Schichten werden mit versetzt angeordneten Bahnen oder Schichten abgedeckt, wodurch die gewünschten Lufteinschlüsse entstehen. Denkbar ist auch, dass beim Wickeln von Bahnen ein spiralförmiger Lufteinschluss erhalten wird.
Vorzugsweise sind die Schichten zu einem Rohr gewickelt Bahnen. Durch das Wickeln von Bahnen zu einem Rohr ist besonders kostengünstige Herstellung gewährleistet. Verglichen mit dem Stand der Technik ist die Produktivität erhöht .
Vorzugsweise umfassen die Schichten einen Zellstoff, insbesondere Papier oder Karton, und/oder Kunststoff. Im Falle der besonders bevorzugten Verwendung von Papier oder Karton kann die isolierende Rohrleitung einfach aus
Recyclingmaterial hergestellt werden, welches sich als besonders kostengünstig, umweltfreundlich und nachhaltig zeigt. Zudem werden vorteilhafterweise keinerlei Rückstände an das innerhalb und/oder ausserhalb strömende Medium, beispielsweise Wasser, abgegeben. Indem auf dieses
nachhaltige und umweltverträgliche Basismaterial
zurückgegriffen wird, ist die Marktakzeptanz besonders gross.
Vorzugsweise sind die Schichten miteinander verklebt.
Hierdurch kann die isolierende Rohrleitung kostengünstig durch Endloswickeln der Schichten auf beispielsweise einen den Innendurchmesser vorgebenden Dorn hergestellt werden, wobei die jeweiligen Schichten fortlaufend mit der jeweils darunterliegenden Bahn verklebt werden. Als Klebematerial kann beispielsweise ein kostengünstiger und
umweltverträglicher Leim verwendet werden. Dieser
Wickelprozess ermöglicht besonders günstige
Herstellungskosten und erlaubt deutlich höhere
Produktionsgeschwindigkeiten. Insgesamt wird ein erhöhter Durchsatz im Vergleich zu extrudierten oder geschäumten Rohrleitungen mit vergleichbaren physikalischen Leistungen, beispielsweise im Hinblick auf Festigkeit und thermischen Widerstand, erzielt.
Vorzugsweise hat die isolierende Rohrleitung eine mittlere Dichte von 900 bis 1000 kg/m3, insbesondere 950 bis 980 kg/m3. Dieser Dichtewert kann durch geeignete Wahl von u.a. Material, Dichte und Anzahl der Abstandshalter eingestellt bzw. bestimmt werden, wenn weitere Parameter vorbestimmt sind, wie beispielsweise das Volumen der insgesamt
eingeschlossenen Luft, die mittlere Dichte der gewickelten Wandung, usw. Selbstverständlich können diese Parameter ebenfalls entsprechend eingestellt bzw. bestimmt werden. Die isolierende Rohrleitung hat somit eine mittlere Dichte, welche etwas geringer ist als die Dichte von Wasser. Somit wird die Rohrleitung leicht aufschwimmen, wenn sie von
Wasser umgeben ist. Eine beispielhafte Anwendung hierzu ist die Verwendung der isolierenden Rohrleitung als Kernrohr einer Erdwärmesonde, welches Kernrohr senkrecht in Wasser leicht aufschwimmt . Ein solches Kernrohr kann somit
vorteilhafterweise bei geringer Krafteinwirkung in das mit Wasser gefüllte Bohrloch abgeteuft werden.
Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter wenigstens einen Metalldraht. Dieser mindestens eine Metalldraht wird bei der Herstellung der isolierenden Rohrleitung in die
Schichten eingewickelt und hält sie somit zueinander beabstandet, wodurch die zuvor genannten Lufteinschlüsse entstehen. Zugleich wird durch diese besonders einfache und zuverlässige Einbindung des Metalldrahts in die Schichten der isolierenden Rohrleitung zugleich ein höheres Gewicht angelegt. Durch entsprechende Wahl der Anzahl der
Metalldrähte kann das Gewicht vorbestimmt werden. Hierdurch steigt insgesamt das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung, welches den Vorteil hat, dass die isolierende Rohrleitung beim Abteufen in ein mit Grundwasser gefülltes Bohrloch nicht auf dem Wasser aufschwimmt. Somit kann, bei entsprechender Einstellung der mittleren Dichte unter Hinzuziehung des Gewichts des
Abstandshalters (Metalldraht oder beispielsweise ein
Zellstoff mit höherer Dichte) , die isolierende Rohrleitung vorteilhafterweise als Kernrohr einer Erdwärmesonde
verwendet werden. Beispielsweise umfasst der Metalldraht oder ein Zellstoff mit höherer Dichte sequenziell in seiner Längsrichtung ausgebildete verdickte Abschnitte. Im Bereich dieser verdickten Abschnitte werden übereinanderliegende Schichten voneinander beabstandet, während die Schichten in den nicht verdickten Zwischenabschnitten des Metalldrahts oder des Zellstoffs verklebt sind. Hierdurch werden
besonders zuverlässig mehrere hermetisch abgeschlossene Lufteinschlüsse geschaffen, welche umfänglich und in
Radialrichtung der Rohrleitung betrachtet auch übereinander verteilt in der Wandung angeordnet sind. Diese zahlreichen Lufteinschlüsse vermitteln der isolierenden Rohrleitung eine hervorragende thermische Isoliereigenschaft.
Vorzugsweise ist der Metalldraht oder der Zellstoff mit erhöhter Dichte spiralförmig in die Schichten eingewickelt. Hierdurch kann vorteilhafterweise auf einen durchgängigen Metalldraht oder entsprechenden Zellstoff zurückgegriffen werden. Die Ganghöhe, d.h. diejenige Strecke, um die sich der Metalldraht oder der Zellstoff mit erhöhter Dichte bei einer vollen Umdrehung in Richtung der Mittenachse windet, kann zusätzlich zu den zuvor aufgeführten Merkmalen zur entsprechenden Einstellung des Gewichts bzw. der Dichte der Rohrleitung eingestellt werden. Mit zunehmend eng
anliegender Wicklung des Metalldrahts oder des Zellstoffes mit erhöhter Dichte steigt entsprechend das Gewicht bzw. die Dichte der Rohrleitung an.
Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter eine Mehrzahl von Metalldrähten, welche miteinander verdrillt sind. Durch die entsprechende Wahl der Anzahl der miteinander zu
verdrillenden Metalldrähte kann vorteilhafterweise das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung eingestellt werden. Die verdrillten
Metalldrähte nehmen in ihrer Längsrichtung betrachtet eine Aussenkontur mit abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen an. Durch das Einbringen dieser miteinander verdrillten
Metalldrähte in die Schichten werden hermetisch voneinander abgeschlossene Lufteinschlüsse in die Schichten
eingebracht. Hierdurch ist durch einfaches Verdrillen der Metalldrähte eine hohe Effizienz erzielt.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, kann der Abstandshalter aus einem Zellstoff, insbesondere Papier oder Karton, und/oder Kunststoff bestehen. Insbesondere besteht eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Rohrleitung vollständig aus einem Zellstoff, d.h. es werden keine Metallanteile verarbeitet, was eine besonders
umweltfreundlich Ausführungsvariante darstellt. Dennoch ist bei einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung auch denkbar, dass zumindest ein Anteil an
Metallanteilen in den Abstandhaltern vorhanden ist, um beispielsweise das spezifische Gewicht der gesamten
Rohrleitung weiter zu erhöhen.
Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter eine Mehrzahl von kugelförmigen Elementen und/oder ein Pulver. Beispielsweise sind die kugelförmigen Elemente sequentiell miteinander verbunden. Bei der Verwendung von Pulver als
Distanzhalterelement sollte vorteilhafterweise auf
grobkörniges Pulver zurückgegriffen werden. Durch diese
Ausgestaltung des Abstandshalters werden in der Wandung der isolierenden Rohrleitung hermetisch voneinander
abgeschlossene Lufteinschlüsse geschaffen. Zudem wird vorteilhafterweise der thermische Kontakt zwischen den durch die kugelförmigen Elemente getrennten Schichten minimiert. Die kugelförmigen Elemente können beispielsweise mittels eines durchgängigen Metalldrahts miteinander verbunden sein. Alternativ sind die kugelförmigen Elemente nicht miteinander verbunden und werden als lose Kugeln in die Schichten eingebracht werden. Durch geeignete Wahl von dem Material der kugelförmigen Elemente, beispielsweise Stahl, der Grösse (Durchmesser) und der Verteilungsdichte, d.h. der Abstand zueinander, kann der gewickelten
isolierenden Rohrleitung ein vorbestimmtes Gewicht zugefügt werden. Somit kann das Gesamtgewicht der isolierenden
Rohrleitung bzw. deren mittlere Dichte insgesamt derart eingestellt werden, dass die isolierende Rohrleitung nur leicht in Wasser aufschwimmt.
Vorzugsweise umfasst der Abstandshalter eine mit wenigstens einem Distanzhalterelement bestückte Bahnlage. Diese
Bahnlage, welche bei gleichmässigen oder ungleichmässigen Abständen mit den Distanzhalterelementen flächig bestückt ist, kann einfach und kostengünstig in die Schichten eingewickelt werden. Das Material der Bahnlage kann gleich dem Material der gewickelten Schichten sein, z.B. Papier, Karton oder Kunststoff. Durch geeignete Wahl der
Distanzhalterelemente selber, beispielsweise Grösse und Gewicht, kann insgesamt das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung vorteilhaft gewählt bzw. eingestellt werden. Somit kann beispielsweise eingestellt werden, dass die isolierende Rohrleitung, als Kernrohr einer Erdwärmesonde ausgeführt, nur leicht in Wasser aufschwimmt. Beispielsweise umfasst das
Distanzhalterelement ein kugelförmiges Element und/oder Pulver. Es können weitere Elemente als Distanzhalterelement verwendet werden, wobei sich Kugeln zum zuverlässigen
Ausbilden der Lufteinschlüsse als besonders vorteilhaft gezeigt haben. Bei der Verwendung von Pulver als
Distanzhalterelement sollte vorteilhafterweise auf
grobkörniges Pulver zurückgegriffen werden. Die
Distanzhalterelemente können vorteilhafterweise entweder bereits bei der Produktion der zu wickelnden Schichten hierauf aufgebracht und fixiert werden. Alternativ können die Distanzhalterelemente mit einem Klebematerial,
beispielsweise Leim, beim Wickeln der Schichten hierauf befestigt werden.
Vorzugsweise umfasst die isolierende Rohrleitung eine fluidundurchlassige Schicht, insbesondere ein
Kunststoffmaterial , welche am Innenumfang und/oder
Aussenumfang der Wandung aufgebracht ist. Durch geeignete Wahl einer Schutzbekleidung, welche am Innenumfang und/oder Aussenumfang aufgebracht ist, kann die isolierende
Rohrleitung auch gegen weitere Einflüsse, z.B. das
Eindringen von Wasser, geschützt werden, wie beispielsweise ein Schutz gegen chemisch reaktive Flüssigkeiten, ein
Schutz gegen Hitze und Kälte sowie gegen reaktive Gase, usw. Beispielsweise umfasst die fluidundurchlässige Schicht ein Kunststoffmaterial. Hierzu werden der Innenumfang und/oder der Aussenumfang beispielsweise mit einer
wasserundurchlässigen Kunststofffolie bedeckt, welche das Eindringen von Fluiden, beispielsweise Wasser, in das Material der Wandung verhindert. Hierdurch wird die
Lebensdauer der isolierenden Rohrleitung vorteilhafterweise verlängert .
Vorzugsweise umfasst die isolierende Rohrleitung ferner einen am Aussenumfang der Wandung aufgebrachten
fluidundurchlässigen PE-Schrumpfschlauch . Vorzugsweise umfasst die isolierende Rohrleitung ferner wenigstens eine Kupplung, welche an einem der Längsenden der isolierenden Rohrleitung angebracht ist, ausgebildet zum fluiddichten Kuppeln mit wenigstens einer weiteren isolierenden Rohrleitung. Hierdurch können mehrere
isolierende Rohrleitungen in kurzer Zeit, beispielsweise an Ort und Stelle der Verlegung, besonders zuverlässig und zudem fluiddicht miteinander verbunden werden.
Die vorliegende Erfindung ist ferner gerichtet auf eine Verwendung einer isolierenden Rohrleitung zum thermisch isolierten Leiten eines Fluides.
Die vorliegende Erfindung ist ferner gerichtet auf ein Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Rohrleitung. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst ein Herstellen einer Wandung durch Wickeln von mindestens zwei Schichten; und Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung durch Zwischenfügen einer Mehrzahl von
Abstandshaltern in die Schichten. Durch dieses Verfahren wird eine isolierende Rohrleitung hergestellt, welche einen sehr hohen thermischen Widerstand hat. Als Material der Schichten kann beispielsweise Papier oder Karton verwendet werden, wodurch vorteilhafterweise auf ein nachhaltiges, umweltverträgliches und rezyklierbares Material
zurückgegriffen wird, welches zudem sehr kostengünstig ist und einfach zu verarbeiten ist. Durch das Einbringen der Mehrzahl von Abstandshaltern wird der isolierenden
Rohrleitung ein zusätzliches Gewicht zugefügt bzw. angelegt, wodurch vorteilhafterweise das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung derart bestimmt bzw. eingestellt werden kann, dass diese nicht oder sehr geringfügig in Wasser aufschwimmt. Die beispielsweise aus Papier oder Karton gewickelte
isolierende Rohrleitung kann in der Produktion unendlich gewickelt und kann dann zu Stangen bzw. einzelnen Rohren abgelängt werden. Zum ausreichenden Aushärten des
Klebematerials, welches zum Verbinden der einzelnen
Schichten aufgetragen ist, werden die einzelnen Rohre ausreichend getrocknet.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Auftragen einer fluidundurchlässigen Schicht am Innenumfang und/oder Aussenumfang der Wandung. Somit wird verhindert, dass beispielsweise Wasser in das Material der Wandung eintritt. Zusätzlich können die einzelnen Rohre mit Kupplungen versehen werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Erdwärmesonde, umfassend eine erfindungsgemässe isolierende Rohrleitung zum
thermisch isolierten Leiten eines flüssigen
Wärmeträgermediums. Somit ist eine Erdwärmesonde,
insbesondere eine Koaxial-Erdwärmesonde , vorgeschlagen, deren zentrales Kernrohr durch die erfindungsgemässe isolierende Rohrleitung ausgebildet ist. Hierdurch kann ein zirkulierendes Wärmeträgermedium die Wärmeenergie
(Erdwärme) entlang der Bohrlochwand hin zur Bohrlochbasis aufnehmen, wobei das Wärmeträgermedium mit einer stark reduzierten Wärmeenergieabgabe wieder an die Oberfläche gepumpt wird. Da die Wandung der isolierenden Rohrleitung aus mehrfach gewickelten Schichten besteht, beispielsweise Papier oder Karton, werden Kosten eingespart. Somit ist die erfindungsgemässe Erdwärmesonde insgesamt sehr effizient und günstig und besitzt einen hohen Wirkungsgrad. Durch das Einbringen der Abstandshalter in die Schichten wird der isolierenden Rohrleitung zudem ein (Ballast-) Gewicht hinzugefügt. Das Gewicht beziehungsweise die mittlere
Dichte der isolierenden Rohrleitung kann hierbei
vorteilhafterweise derart eingestellt werden, dass die isolierende Rohrleitung in Wasser einen leichten Auftrieb hat. Hierdurch kann die isolierende Rohrleitung sehr vorsichtig in das im Bohrloch angesammelte Wasser
eingetaucht werden, dies bei einer deutlich reduzierten
Gefahr ihrer Beschädigung. Zugleich sind vorteilhafterweise keine grossen Kräfte notwendig um die isolierende
Rohrleitung in die Tiefe abzuteufen, sodass das Risiko einer Beschädigung minimiert ist.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die
vorstehenden Ausführungsvarianten beliebig kombinierbar sind. Lediglich diejenigen Kombinationen von
Ausführungsvarianten sind ausgeschlossen, die durch die Kombination zu Widersprüchen führen würden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand
Zeichnungen von dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht eines
beispielhaften Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer isolierenden Rohrleitung;
Figur 2 eine schematische Ansicht der
erfindungsgemässen isolierenden Rohrleitung in einer Schnittansicht in einer Ebene senkrecht zur Mittenachse;
Figur 3 eine schematische Ansicht der
erfindungsgemässen isolierenden Rohrleitung in einer Schnittansicht in einer Ebene entlang der Mittenachse; und
Figuren 4A-H schematische Ansichten von beispielhaften
Abstandshaltern .
Figur 1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines beispielhaften Herstellungsverfahrens einer
isolierenden Rohrleitung 10 gemäss der Erfindung. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Herstellen einer Wandung 12 der isolierenden Rohrleitung 10 durch ein mehrfaches Wickeln von mindestens zwei Schichten 14 , und ein
Einbringen einer Mehrzahl von Abstandshaltern 16 in die Schichten 14. Durch das Einbringen der Abstandshalter 16 werden Lufteinschlüsse in die Wandung 12 eingetragen. Die Schichten 14 werden hierbei auf dem Umfang eines zylindrischen Körpers 18, beispielsweise ein Dorn oder eine Welle, endlos gewickelt. Mit anderen Worten, wird eine Schicht 14, angewinkelt in Relation zur Mittenachse des zylindrischen Körpers 18, auf dessen Umfangsflache
aufgelegt und gewickelt. Hierbei wird die Wickelstation entlang der Axialrichtung des zylindrischen Körpers 18 kontinuierlich verschoben. In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel geschieht die Wicklung in der Richtung von rechts nach links. Diesem Beispiel folgend, werden mehrere
Schichten 14 durch Wickeln auf der jeweils
darunterliegenden Schicht gewickelt. Die Schichten werden durch kontinuierliches Auftragen von Klebemittel (nicht gezeigt), beispielsweise Leim, fest miteinander verleimt.
Zwischen einzelnen Schichten werden vereinzelt
Abstandshalter 16 eingewickelt. Die Abstandshalter 16 sind in dem gezeigten Beispiel als ein Metalldraht ausgebildet. Somit werden übereinander gewickelte Schichten 14 im
Bereich der jeweiligen Abstandshalter 16 durch diese voneinander beabstandet, woraus resultierend Luft zwischen den einzelnen Schichten 14 eingeschlossen wird. Durch die einzelnen Lufteinschlüsse wird der thermische Widerstand der isolierenden Rohrleitung 10 auf einfache und
kostengünstige Weise insgesamt erhöht. Die Schichten 14 werden mehrfach gewickelt, bis eine ausreichende Stärke der Wandung 12 erreicht ist. Figur 2 zeigt die isolierende Rohrleitung 10 m einer
Schnittansicht entlang einer Ebene senkrecht zur
Mittenachse . In dieser lediglich schematischen
Erläuterungsdarstellung sind zwei Abstandshalter 16
dargestellt, welche Lagen von einzelnen Schichten 14 derart voneinander beabstandet halten, sodass Lufteinschlüsse ausgebildet werden. Obwohl die Lufteinschlüsse in dieser darstellhaften Ansicht als durchgängig konzentrisch
verlaufende Zwischenräume dargestellt sind, können die Lufteinschlüsse in der Praxis lediglich im Bereich der unmittelbaren Nähe der einzelnen Abstandshalter 16
ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Vielzahl hermetisch abgeschlossener Lufteinschlüsse geschaffen, welche der isolierenden Rohrleitung 10 eine hervorragende thermische Isoliereigenschaft vermitteln.
Figur 3 zeigt die isolierende Rohrleitung 10 in einer
Schnittansicht entlang der Mittenachse M. Mehrere
Abstandshalter 16 halten einzelne Lagen der Schichten 14 voneinander beabstandet, sodass Lufteinschlüsse gebildet werden. Die hier beispielhaft gezeigte isolierende
Rohrleitung 10 kann ein Kernrohr einer Koaxial- Erdwärmesonde sein. In einer beispielhaften Abmessung kann die isolierende Rohrleitung 10 einen Innendurchmesser von 70 mm und eine Wandstärke von 10 mm haben. Das Kernrohr dient zum Leiten eines Wärmeträgermedium-Vorlaufs. Ein das Kernrohr koaxial umgebendes Hüllrohr (nicht gezeigt) dient zum Leiten eines Wärmeträgermedium-Rücklaufs . Der Innendurchmesser des Hüllrohrs beträgt beispielsweise 130 mm .
Figuren 4A - F zeigen unterschiedliche Distanzhalter 16A- 16F der erfindungsgemässen isolierenden Rohrleitung (nicht gezeigt) . Wie zuvor erwähnt, dienen die Abstandshalter 16A- 16F neben dem Einschliessen von Luft in die Wandung der isolierenden Rohrleitung zusätzlich zum Beaufschlagen eines zusätzlichen Gewichts. Dieses Gewicht soll in Wasser den Auftrieb durch das Material der isolierende Rohrleitung selber und/oder durch die eingeschlossene Luft kompensiert. Genauer gesagt, dienen die Abstandshalter 16A-16F ebenfalls dazu, dass der isolierenden Rohrleitung insgesamt ein mittleres Gewicht bzw. eine mittlere Dichte verliehen wird, welches bzw. welche einen übermässigen Auftrieb der
isolierenden Rohrleitung im Wasser verhindert.
Der in Figur 4A gezeigte beispielhafte Abstandshalter 16A ist als einfacher Metalldraht ausgebildet, welcher zwischen einzelnen Schichten eingewickelt werden kann.
In Figur 4B ist ein Abstandshalter 16B gezeigt, welcher ebenfalls als Metalldraht ausgebildet ist. Jedoch umfasst dieser Metalldraht sequentiell angeordnete verdickte
Abschnitte 20. Hierzu wird der Metalldraht periodisch und abschnittsweise an den Bereichen zwischen den verdickten Abschnitten 20 gestanzt. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung des Abstandshalters 16B besteht darin, dass somit der thermische Kontakt zwischen getrennten Lagen der Schichten minimiert wird.
Figur 4C zeigt ein Beispiel, bei welchem der Abstandshalter 16C eine Mehrzahl von kugelförmigen Elementen 22 umfasst, welche hintereinander aufgereiht miteinander verbunden sind. Die kugelförmigen Elemente 22 können hierzu
beispielsweise auf einem sehr dünnen Draht - gleich einer Kette - aufgezogen sein. Vorteilhafterweise wird auch hierdurch ein nur geringer Kontakt zwischen getrennten Schichten gewährleistet.
Figur 4D zeigt einen beispielhaften Abstandshalter 16D, welcher zwei Metalldrähte umfasst, welche miteinander verdrillt bzw. zueinander spiralförmig angeordnet sind. Durch das Verdrillen werden in Längsrichtung betrachtet abwechselnde Erhebungen und Vertiefungen geschaffen. Durch diese Aussenkontur des Abstandshalters 16D werden, sobald in die Schichten eingebracht, vereinzelte Lufteinschlüsse in die Schichten der isolierenden Rohrleitung eingetragen. Beispielsweise können mehr als zwei Metalldrähte
miteinander verdrillt werden. Durch die Wahl der Anzahl der miteinander zu verdrillenden Metalldrähte kann
vorteilhafterweise das mittlere Gewicht bzw. die mittlere Dichte der isolierenden Rohrleitung eingestellt werden.
Figur 4E zeigt einen beispielhaften Abstandshalter 16E, welcher eine flache Bahnlage 24 umfasst, welche mit mehreren Distanzhalterelementen 26 bestückt ist. Es können mehrere solcher Bahnlagen 24 als Abstandshalter 16E in die einzelnen Schichten der isolierenden Rohrleitung
eingewickelt bzw. zwischengefügt werden. Das Material der Bahnlagen 24 kann identisch sein mit dem Material der gewickelten Schichten, z.B. Papier, Karton oder Kunststoff. Die Distanzhalterelemente 26 können beispielsweise kleine Kugeln oder ein grobkörniges Pulver umfassen. Diese können entweder bereits bei der Produktion der flachen Bahn 24 aufgebracht werden oder beim Wickeln der Wandung der isolierenden Rohrleitung direkt mit Leim auf den jeweiligen Schichten angebracht und fixiert werden. Hierdurch werden einzelne Schichten der Wandung von der isolierenden
Rohrleitung durch die jeweiligen Distanzhalterelemente 26 auf einfache Weise voneinander beabstandet.
Figur 4F zeigt einen beispielhaften Abstandshalter 16F, welcher als ein Metallblech 28 mit einer 3D-Struktur ausgebildet ist. Hierzu wird das Metallblech 28 an
vorbestimmten Abständen mit Ausstanzungen 30 versehen.
Diese Ausstanzungen 30 können eine beliebige Form annehmen, beispielsweise die Form eines Rechtecks, eines Dreiecks oder eines Kreises. Ein mit derartigen Ausstanzungen 30 versehener Abstandshalter 16F trägt Lufteinschlüsse in die Schichten einer isolierenden Rohrleitung ein. Durch
entsprechende Wahl der mittleren Dichte des Metallblechs 28, dessen Ausmasse (Länge, Breite, Materialstärke) sowie der Form, Grösse und des Abstandes der Ausstanzungen 30 zueinander, kann vorteilhafterweise insgesamt die mittlere Dichte bzw. das mittlere Gewicht der isolierenden Rohrleitung, in deren Wandung der Abstandshalter 16F eingetragen ist, eingestellt werden.
Figur 4G zeigt einen Schnitt quer durch eine Wand einer weiteren AusführungsVariante der erfindungsgemässen
Rohrleitung, und zwar als schematische Darstellung auf der linken Seite zur Illustration des Verlaufs von einzelnen Schichten und als Querschnitt durch eine fertig
hergestellte Rohrleitung auf der rechten Seite.
Entsprechend sind auf der linken Seite von Figur 4G die überlappenden Schichten deutlich erkennbar, die seitlich zur Bildung von Ausnehmungen beabstandet sind. Diese
Ausnehmungen werden durch darüber liegende weitere
Schichten oder Bahnen abgedeckt, wodurch die erwünschten isolierenden Lufteinschlüsse der erfindungsgemässen
Rohrleitung gebildet werden. In Figur 4G sind die
Lufteinschlüsse durch Pfeile markiert. Die Grösse und die Anzahl der Lufteinschlüsse werden wiederum so gewählt, dass das gewünschte spezifische Gewicht der gesamten Rohrleitung erhalten wird. Die Abstandshalter 16G werden bei dieser Ausführungsvariante durch die Schichten selbst gebildet, und zwar eben durch die versetzte und beabstandete
Anordnung der einzelnen Bahnen bzw. Schichten, wie dies durch die Prinzipskizze in Figur 4G angegeben ist.
Schliesslich ist in Figur 4H ein Querschnitt einer
einzelnen Bahn oder Schicht dargestellt, bei der sowohl Abstandhalter - hier bestehend aus vier Metalldrähten - als auch Lufteinschlüsse bereits integriert sind. Bei weiteren Ausführungsvarianten einer erfindungsgemässen Rohrleitung ist es dann vorgesehen, entweder nur die mit integrierten Abstandhalter und Lufteinschlüssen ausgestalteten Bahnen zu verwenden oder aber zumindest einzelne Bahnen dieser Bauart bei der Herstellung der Rohrleitungen zu verwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Isolierende Rohrleitung (10) mit einer Wandung (12), welche mindestens zwei Schichten (14) umfasst, ferner umfassend eine Mehrzahl von Abstandshaltern (16) , welche den Schichten (14) zwischengefügt sind, ausgebildet zum Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die
Wandung ( 12 ) .
2. Isolierende Rohrleitung (10) nach Anspruch 1, bei welcher die Schichten (14) zu einem Rohr gewickelte Bahnen sind .
3. Isolierende Rohrleitung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Schichten (14) einen Zellstoff, insbesondere
Papier oder Karton, und/oder Kunststoff umfassen.
4. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schichten (14) miteinander verklebt sind.
5. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche mit einer mittleren Dichte von 900 bis 1000 kg/m3 , insbesondere 950 bis 980 kg/m3.
6. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) wenigstens einen Metalldraht umfasst.
7. Isolierende Rohrleitung (10) nach Anspruch 6, bei welcher der Metalldraht spiralförmig in die Schichten (14) eingewickelt ist.
8. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) eine Mehrzahl von Metalldrähten umfasst, welche miteinander verdrillt sind.
9. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Abstandshalter (16) aus einem
Zellstoff, insbesondere Papier oder Karton, und/oder
Kunststoff besteht.
10. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) eine Mehrzahl von kugelförmigen Elementen (22) und/oder ein Pulver umfasst.
11. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Abstandshalter (16) eine mit wenigstens einem Distanzhalterelement (26) bestückte Bahnlage (24) umfasst.
12. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine
fluidundurchlässige Schicht, insbesondere ein
Kunststoffmaterial , welche am Innenumfang und/oder
Aussenumfang der Wandung (12) aufgebracht ist.
13. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen am
Aussenumfang der Wandung (12) aufgebrachten
fluidundurchlässigen PE-Schrumpfschlauch .
14. Isolierende Rohrleitung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend wenigstens eine Kupplung, welche an einem der Längsenden der isolierenden Rohrleitung (10) angebracht ist, ausgebildet zum
fluiddichten Kuppeln mit wenigstens einer weiteren
isolierenden Rohrleitung.
15. Verwendung einer isolierenden Rohrleitung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum thermisch isolierten Leiten eines Fluides .
16. Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Rohrleitung ( 10 ) , umfassend :
- Herstellen einer Wandung (12) durch Wickeln von
mindestens zwei Schichten (14), und Eintragen einer Mehrzahl von Lufteinschlüssen in die Wandung (12) durch Zwischenfügen einer Mehrzahl von Abstandshaltern (16) in die Schichten (14) .
17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein
Auftragen einer fluidundurchlässigen Schicht am Innenumfang und/oder Aussenumfang der Wandung (12) .
18. Erdwärmesonde, umfassend eine isolierende Rohrleitung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum thermisch isolierten Leiten eines flüssigen Wärmeträgermediums.
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CH01838/14 2014-11-28

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