PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202007005268U1 06.09.2007
Titel Erdwärmesonde und Zentrierelement für Erdwärmesonden
Anmelder pumpenboese GmbH & Co. KG, 31228 Peine, DE
Vertreter Fischer, K., Dipl.-Geol.Dipl.-Wirtsch.-Ing.Dr.rer.nat, Pat.-Anw., 30890 Barsinghausen
DE-Aktenzeichen 202007005268
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 06.09.2007
Registration date 02.08.2007
Application date from patent application 10.04.2007
IPC-Hauptklasse F24J 3/08(2006.01)A, F, I, 20070410, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein oder mehrere Zentrierelemente für Rohre von Erdwärmesonden sowie Erdwärmesonden, wie sie in der Geothermie eingesetzt werden.

Zur Nutzung insbesondere der oberflächennahen Geothermie werden überwiegend Erdwärmesonden als geschlossenes Kreislaufsystem genutzt. Diese bestehen zumeist aus vier Rohren (insbesondere aus Polyethylen (PE)) in gängigen Durchmessern von 25 mm, 32 mm und 40 mm. In den Rohren wird mittels einer Wärmepumpe eine Trägerflüssigkeit, eine so genannte Sole, zweimal als Vorlauf und zweimal als Rücklauf gepumpt. Durch die im Erdreich vorhandene konstante Umgebungstemperatur erwärmt sich die Sole, die Energiedifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf wird in der Wärmepumpe genutzt, um Warmwasser für Heizung und Gebrauchswasser zu erzeugen.

Die Sonden werden überwiegend senkrecht oder schräg in Bohrlöchern im Erdreich eingebaut, aber auch Flächenkollektoren werden angewendet. Die Teufen betragen je nach Wärmebedarf überwiegend zwischen 80 m und 150 m. Die Bohrlochdurchmesser sind abhängig von dem Durchmesser der einzubauenden Sonde, so wird z.B. für eine Doppel-U-Sonde mit einem Rohrdurchmesser von 32 mm ein Bohrloch von meist 150 mm gebohrt.

Es sind eine Reihe von Erdwärmesonden bekannt, bei denen die Rohre durch zwischen den Rohren fest verbundene Abstandhalter fixiert werden.

In der EP 13 871 30 A1 wird ein Fixierelement für Rohrabschnitte einer Erdwärmesonde beschrieben, das außen Ausnehmungen aufweist, die dazu bestimmt sind, Rohrabschnitte einer Erdwärmesonde in axialer Richtung zu fügen. Im Zentrum des Fixierelementes ist als Stoßauflage eine Stoßfläche für eine Einführstange für die Erdwärmesonde vorgesehen. Nachteilig an diesem Fixierelement ist, dass die in den Aussparungen eingefügten Rohrabschnitte im Bohrloch an der Bohrlochwand insbesondere beim Einbau beschädigt werden können und darüber hinaus im Zentrum des Fixierelementes ein Zementiergestänge oder ein Verpressschlauch oder ein anderes Gerät nicht durch- bzw. eingeführt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zentrierelement für Rohre einer Erdwärmesonde sowie eine Erdwärmesonde zu schaffen, mit dem bzw. der mehrere Rohrabschnitte ohne Beschädigung in einem definierten Abstand zueinander und gleichzeitig zur Bohrlochwand eines Bohrloch fixiert und eingebracht werden können und welches anschließend über einen vor allem zentralen Freiraum verfüllt werden kann.

Die Aufgabe wird durch das Zentrierelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einer Erdsonde mit einem oder mehreren Rohrpaaren mit Zentrierelementen mit den Merkmalen des Anspruch 6 erfüllt. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben sowie in der Beschreibung dargestellt.

Das erfindungsgemäßen Zentrierelement für Rohrabschnitte eines oder mehrerer Rohrpaare einer Erdwärmesonde weist Aussparungen auf, die im Wesentlichen den Außenradien der Rohrabschnitte einer Erdwärmesonde entsprechen und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Aussparungen an der innen liegenden Seite des Zentrierelementes angeordnet sind.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Zentrierelementes liegt gegenüber herkömmlichen Zentrierungen in dem frei bleibenden Raum zwischen den Rohren insbesondere in deren Zentrum. So kann z.B. ein Verpressschlauch oder ein Gestänge widerstandsfrei nach oben oder unten im Bohrloch bewegt werden. Herkömmliche Sternzentrierungen halten die Rohre immer aus dem Zentrum zwischen den Rohren heraus untereinander auf Abstand und behindern so ein freies Arbeiten bei der Verpressung.

Durch die besondere Form der erfindungsgemäßen Zentrierung ist gleichzeitig der Abstand der Rohre der Erdwärmesonde untereinander, wie auch zur Bohrlochwand gewahrt (Doppelführung), wodurch eine wesentlich effizientere Verpressung erfolgen und der Beschädigung der Rohre durch Reibung an der Bohrlochwand verhindert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sehen vor, dass das Zentrierelement seitlich eine Öffnung und/oder eine ungrade Zahl von Aussparungen aufweist. Damit wird Material für das Zentrierelement eingespart. Des Weiteren wird ein größerer freier Raum in der Ebene der jeweiligen Zentrierung erreicht. Darüber hinaus ist der Einbau der Zentrierelemente einfacher möglich, da das Zentrierelement von der Seite herum die Rohre eingeführt werden kann.

Eine besondere Ausgestaltung des Zentrierelementes sieht vor, dass die Aussparungen des Zentrierelementes jeweils gleich beabstandet sind. Damit wird ein optimaler Abstand zwischen den Rohren gewährleistet sowie die problemlose Erfassung weiterer Rohre bzw. Rohrabschnitte durch mindestens ein weiteres, versetzt angeordnetes Zentrierelement in einer tieferen bzw. höheren Ebene ermöglicht.

Durch die besondere Ausgestaltung des Zentrierelementes, das an seiner Außenseite Ausnehmungen aufweist, wird ebenfalls Material eingespart. Gleichzeitig kann das Bohrloch optimaler verfüllt werden, ohne dass z.B. Hohlräume zurückbleiben. Des Weiteren kann die Reibung und der Verschleiß beim Einbau der Rohre mit den Zentrierelementen minimiert werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung stellt ein Zentrierelement dar, bei dem sich die Aussparungen des Zentrierelementes über ein Bogensegment erstreckt, wobei sich vorzugsweise ein Öffnungswinkel von 90 bis 180 Grad als besonders geeignet herausgestellt hat. Die einzelnen Rohrabschnitte werden optimal gehalten. Die Einführung und Fixierung der Rohre bzw. Rohrabschnitte in die Aussparungen der Zentrierelemente erfolgt in einfacher Weise insbesondere durch Klemmen, Einpressen, Einschieben oder Einlegen.

Bei der erfindungsgemäße Erdwärmesonde mit einem oder mehreren Rohrpaaren und mindestens zwei mit Aussparungen versehenen Zentrierelementen sind die Zentrierelemente jeweils versetzt zueinander angeordnet, was den Vorteil bietet, dass ein größerer freier Raum in der Ebene der jeweiligen Zentrierung geschaffen wird, wodurch ein verbessertes Ergebnis bei der Verfüllung bzw. Verpressung erzielt wird. Des Weiteren kann so mindestens ein weiteres Rohr der Erdwärmesonde erfasst und fixiert werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen sehen vor, dass die Erdwärmesonde dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zentrierelemente bei einem Rohrpaar um jeweils 180 Grad oder bei zwei Rohrpaaren um jeweils 90 oder 180 Grad zu dem darüber oder darunter liegenden Zentrierelement versetzt angeordnet sind. Damit wird ein Optimum an Materialeinsatz, Stabilität und Freiraum in der Ebene der Zentrierelemente sowie der Erdwärmesonde geschaffen.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Zentrierelement,

2 die Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Zentrierelement, und

3 die dreidimensionale Ansicht von zwei Zentrierelementen in einem Bohrloch in eingebautem Zustand mit vier Rohrabschnitten einer Erdwärmesonde.

1 zeigt eine Zentrierelement 1 welches in etwa bogenförmig ausgebildet ist und auf einer Seite eine Öffnung 8 aufweist. Auf der Innenseite des Zentrierelementes 1 sind Aussparungen 7 zur Aufnahme von Rohrabschnitten 2 der Erdwärmesondenrohre dargestellt. Die Rohrabschnitte 2 werden in diesem Beispiel in die Aussparungen 7 des Zentrierelementes 1 eingeklemmt. Das Zentrierelement 1 umfasst einen zentralen Freiraum 3, der nach dem Einbau der Erdwärmesonde verfüllt oder verpresst werden kann. Rohrabschnitte 2 können einfach durch die Öffnung 8 in den Freiraum 3 und von dort in die Aussparungen 7 eingebracht werden. Die Abstände 4 zwischen den Aussparungen 7 bzw. den Rohrabschnitten 2 sind in diesem Beispiel gleich. Die Aussparungen 7 des Zentrierelementes 1 erstrecken sich über ein Bogensegment mit einem Öffnungswinkel von in etwa 140 Grad in diesem Beispiel. Die Rohrabschnitte 2 lassen sich so überraschenderweise einfach, zuverlässig und schnell in die Aussparungen 7 einklemmen.

Der Abstand 5 zwischen den Aussparungen 7 bzw. den Rohrabschnitten 2 und der hier nicht dargestellten Bohrlochwand ist ebenfalls jeweils gleich und stellt den geringsten Abstand zwischen dem jeweiligen Rohrabschnitt 2 und der Bohrlochwand dar. Die Bohrlochwand grenzt in diesem Beispiel direkt an die schmalere Außenseite 10 des Zentrierelementes 1, sofern nicht Ausnehmungen 9 an der Außenseite des Zentrierelementes 1 vorhanden sind. Durch diese besondere Form des neuen Zentrierelementes 1 wird gleichzeitig der Abstand der Rohrabschnitte 2 der Erdwärmesonde untereinander wie auch zur nicht dargestellten Bohrlochwand gewahrt (Doppelführung), wodurch insbesondere eine wesentlich effizientere Verpressung erfolgen kann.

In 2 ist die Seitenansicht des Zentrierelementes 1 dargestellt. Die Außenseite 10 des Zentrierelementes 1 ist unmittelbar der Bohrlochwand benachbart. An den Außenseiten 10 werden die Zentrierelemente 1 und damit die in diese eingeklemmten Rohre der Erdwärmesonde im Bohrloch geführt. Der Außenseite 10 des Zentrierelementes 1 liegt die Öffnung 8 gegenüber, die von den beiden Enden des Zentrierelementes 1 gebildet wird.

In 3 ist eine dreidimensionale Ansicht von zwei Zentrierelementen 1 in einem nicht dargestellten Bohrloch in eingebautem Zustand mit vier Rohrabschnitten 2 einer Erdwärmesonde dargestellt.

Bei diesem Beispiel der Zentrierung liegt der Vorteil gegenüber herkömmlichen Zentrierungen in dem frei bleibenden Raum 3 zwischen den vier hier dargestellten PE Rohren bzw. Rohrabschnitten 2. Ein nicht dargestellter Verpressschlauch oder ein Gestänge kann widerstandsfrei nach oben oder unten im Bohrloch bewegt werden. Herkömmliche Sternzentrierungen halten die vier Rohre immer aus dem Inneren zwischen den vier Rohren heraus untereinander auf Abstand und behindern so ein freies Arbeiten bei der Verpressung.

Die Rohrabschnitte 2 sind jeweils in gleichen Abständen 4 voneinander in die Zentrierelemente 1 eingefügt, in diesem Beispiel eingeklemmt. Mit 10 sind die Außenseiten des Zentrierelementes 1 bezeichnet, an denen dieses im Bohrloch geführt wird. Die Rohrabschnitte 2 werden somit im gleichen Abstand 5 zur nicht dargestellten Bohrlochwand gehalten. Die Zentrierelemente 1 weisen an ihrer Außenseite Ausnehmungen 9 auf, die der Materialersparnis sowie der Reibungsverminderung beim Einbau sowie der optimalen Verfüllung des Bohrloches dienen.

Die beiden in diesem Beispiel dargestellten parallel angeordneten Zentrierelemente 1 mit den Öffnungen 8 sind um 180 Grad zueinander versetzt eingebaut. Möglich ist jedoch auch eine versetzte Anordnung der Zentrierelemente 1 von nur 90 Grad.

In diesem Ausführungsbeispiel fasst ein Zentrierelement 1 immer drei Rohre bzw. Rohrabschnitte 2 zusammen, das vierte Rohr bzw. der vierte Rohrabschnitt 2 wird dann mit dem – in diesem Beispiel – nächsten Zentrierelement 1 erfasst und fixiert. Durch diese versetzte Klemmung bzw. Anordnung der Zentrierelemente 1 wird ein größerer freier Raum 3 in der Ebene der jeweiligen Zentrierelemente 1 geschaffen, wodurch insbesondere ein verbessertes Ergebnis der Verpressung von Verfüllmaterial erzielt wird. Die Abstände 6 der Zentrierelemente 1 untereinander können variabel gestaltet werden, zu bevorzugen sind in etwa 2 m.

Das Material der Zentrierelemente 1 besteht vorzugsweise aus spritzgussfähigem Kunststoff. Die Zentrierelemente 1 benötigen keine zusätzlichen Verbindungsmaterialien wie Schrauben o.ä. und sind einfach und schnell ohne Werkzeug montierbar. Die Dicke der Zentrierelemente 1 beträgt zwischen 10 mm und 20 mm.

1
Zentrierelement
2
Rohrabschnitte einer Erdwärmesonde
3
Zentraler Freiraum innerhalb des Zentrierelementes (1)
4
Abstand zweier benachbarter Rohrabschnitte (2)
5
Abstand zwischen Bohrlochwand (nicht dargestellt) und Rohrabschnitt (2)
6
Abstand zwischen zwei Zentrierelementen (1) in einem Bohrloch
7
Aussparung im Zentrierelement (1) zur Aufnahme von Rohrabschnitten (2)
8
Öffnung des Zentrierelementes
9
Ausnehmungen
10
An die (nicht dargestellte) Bohrlochwand grenzende Außenseite des Zentrierelementes (1)


Anspruch[de]
Zentrierelement (1) für Rohrabschnitte (2) eines oder mehrerer Rohrpaare einer Erdwärmesonde mit Aussparungen (7), die im Wesentlichen den Außenradien der Rohrabschnitte (2) entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (7) an der innen liegenden Seite des Zentrierelementes (1) angeordnet sind. Zentrierelement (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (1) eine seitliche Öffnung (8) und/oder eine ungrade Zahl von Aussparungen (7) aufweist. Zentrierelement (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (7) des Zentrierelementes (1) jeweils gleich beabstandet sind. Zentrierelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (1) an seiner Außenseite Ausnehmungen (9) aufweist. Zentrierelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparungen (7) des Zentrierelementes (1) über ein Bogensegment vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von 90 bis 180 Grad erstrecken. Erdwärmesonde mit einem oder mehreren Rohrpaaren und mindestens zwei Zentrierelementen (1) mit Aussparungen (7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (1) jeweils versetzt zueinander angeordnet sind. Erdwärmesonde mit einem oder mehreren Rohrpaaren und mindestens zwei Zentrierelementen (1) mit Aussparungen (7) gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (1) bei einem Rohrpaar um jeweils 180 Grad oder bei zwei Rohrpaaren um jeweils 90 oder 180 Grad zu dem darüber oder darunter liegenden Zentrierelement (1) versetzt angeordnet sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com