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Dokumentenidentifikation DE202007006682U1 20.09.2007
Titel Erdwärmesonde
Anmelder GERODUR MPM Kunststoffverarbeitung GmbH & Co. KG, 01844 Neustadt, DE
Vertreter Patentanwälte Lippert, Stachow & Partner, 01309 Dresden
DE-Aktenzeichen 202007006682
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 20.09.2007
Registration date 16.08.2007
Application date from patent application 07.05.2007
IPC-Hauptklasse F24J 3/08(2006.01)A, F, I, 20070507, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Erdwärmesonde aus Kunststoff mit einem Vorlauf- und einem Rücklaufkanal in koaxialer Anordnung.

Erdwärmesonden werden für die Nutzung der Erdwärme für Heizzwecke oder zum Kühlen eingesetzt. Die Erdwärmesonden werden allgemein als U-Sonde oder Doppel-U-Sonde mit Vor- und Rücklauf oder als Koaxialsonde mit einem Innen- und einem Außenrohr ausgeführt. Bei Koaxialsonden ist das Innenrohr lose in einem Außenrohr oder starr in einer Mehrkammerkonstruktion ausgeführt. Die Herstellung einer solchen Koaxialsonde erfolgt durch Extrudieren. Der Vorlauf erfolgt hier zwischen Außen- und Innenrohr und der Rücklauf über das Innenrohr.

Die beschriebenen Erdwärmesonden werden in der Regel in größerer Anzahl in das Erdreich verbracht und oberirdisch zu einem Flüssigkeitskreislauf miteinander verbunden.

U-Sonden und Doppel-U-Sonden verfügen über eine gute Flexibilität und sind einfach in den Erdboden einzubringen. Ihr Wirkungsgrad ist jedoch durch thermischen Kurzschluss zwischen Vor- und Rücklauf nicht optimal. Koaxialsonden in der Ausführung Rohr in Rohr sind ebenfalls leicht in den Erdboden einzubringen. Ihr Wirkungsgrad ist durch das mehrfache Anliegen des Innenrohres am Außenrohr begrenzt. Starre Koaxialsonden haben gute Wirkungsgrade. Ihre Flexibilität ist jedoch gering und somit das Einbringen in den Erdboden schwer und räumlich begrenzt.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Erdwärmesonde zu schaffen, die ausreichend biegeelastisch ist und somit einfach einzubringen ist, die thermodynamisch einen hohen Wirkungsgrad erzielt und mit reduziertem hydraulischem Verlust arbeitet.

Erreicht wird das dadurch, dass ein Innenrohr mittels längs verlaufender Abstandshalter in einem Außenrohr lose über die gesamte Länge zentrisch positioniert und längs verschiebbar angeordnet ist, wobei Innenrohr, Außenrohr und Abstandshalter aus Kunststoff bestehen.

Für die zentrische Positionierung sind Abstandshalter vorgesehen.

In einer ersten Variante sind die Abstandshalter außen am Innenrohr angeformt oder das Innenrohr außen mit Längsnuten zur Aufnahme von Abstandshaltern versehen, derart, dass die Abstandshalter radial vom Innenrohr abstehen.

Die Längsnuten weisen einen schwalbenschwanzähnlichen Querschnitt auf oder sind anderweitig hinterschnitten, so dass die mit Rastkanten ausgestatteten Abstandshalter hinreichend sicher eingerastet werden können.

In einer zweiten Variante ist das Außenrohr auf der Innenseite mit angeformten Abstandshaltern ausgestattet, die ebenfalls radial ausgerichtet sind.

Um einen besonders guten Wirkungsgrad der Erdwärmesonde zu erreichen, ist das Innenrohr aus einem Material mit einem größeren Wärmeübergangswiderstand gefertigt als das Außenrohr, welches einen guten Wärmekontakt zur Umgebung aufweisen sollte.

Zusätzlich können die Abstandshalter aus einem Material mit einem größeren Wärmeübergangswiderstand bestehen als das Außenrohr.

Weiterhin ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, das Innenrohr auf seiner Außenseite mit einer Wärmedämmung zu beschichten.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

1: eine Längsschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen koaxialen Erdwärmesonde;

2: eine Querschnittsdarstellung einer Erdwärmesonde nach 1 mit drei Abstandshaltern und zusätzlicher Wärmeisolation;

3: eine Querschnittsdarstellung einer Erdwärmesonde mit vier Abstandshaltern; und

4: eine Einzelheit eines Innenrohres mit einem in einer Nut befestigten Abstandshalter.

In 1 ist ein Längsschnitt einer aus Kunststoff bestehenden koaxialen Erdwärmesonde 1 dargestellt, die aus einem Außenrohr 2 mit Bodenverschluss 3 und einem Innenrohr 4 besteht. Das Innenrohr 4 ist dabei am unteren Ende schräg angeschnitten, so dass ein Kreislauf einer Flüssigkeit zwischen Innen- und Außenrohr nach unten (Vorlauf V) und im Innenrohr 4 nach oben (Rücklauf R), oder umgekehrt, möglich ist. Um eine zentrische Position des Innenrohres 4 zu sichern sind mindestens drei sich längs der Erdwärmesonde 1 erstreckende Abstandshalter 5 zwischen Außen- und Innenrohr 2, 4 vorgesehen. Dadurch wird eine optimale Leistungsentfaltung der Erdwärmesonde 1 erreicht.

Das Innenrohr 2 kann auch aus einem Material mit höherem Wärmeübergangswiderstand gefertigt werden als das Außenrohr 4, wodurch der Wirkungsgrad der Erdwärmesonde 1 verbessert wird.

Diese Abstandshalter 5 können entweder innen am Außenrohr 2 oder außen am Innenrohr 4 derart angeordnet sein, dass die Abstandshalter 5 jeweils radial ausgerichtet sind. 2 zeigt eine Anordnung von drei Abstandshaltern 5 am Innenrohr 4 und 3 eine Anordnung von vier Abstandshaltern 5 am Innenrohr 4. In letzterem Fall ergeben sich zwei bevorzugte Biegerichtungen, die mit den zwei Symmetrieebenen S übereinstimmen, in denen sich die Erdwärmesonde besonders leicht biegen lässt, die Folge ist, dass sich das Innenrohr 4 beim Einschieben in ein gebogenes Außenrohr 2 von selbst in die günstigste Biegeposition verdreht.

Die Abstandshalter 5 können beim Extrudieren des Innenrohres 4 einfach mit angeformt werden, wobei darauf geachtet werden sollte, dass die Höhe der Abstandshalter nach dem Einschieben in das Außenrohr 2 ein gewisses Spiel zu diesem aufweisen, um zu gewährleisten, dass das Innenrohr 4 lose im Außenrohr 2 liegt.

Damit wird gewährleistet, dass beim Einbringen des Innenrohres 2 in das Außenrohr 4 keine besonderen Reibungskräfte überwunden werden müssen. Außerdem kann die Erdwärmesonde 1 durch eine solche Konstruktion besonders leicht gebogen werden, weil die dabei auftretende Relativbewegung zwischen Außen- und Innenrohr nicht behindert wird.

Für die Einbringung dieser Erdwärmesonden 1 in das Erdreich bestehen zwei Möglichkeiten.

Einerseits können die Erdwärmesonden vor dem Einbringen in das Erdreich vormontiert werden, indem das Innenrohr 2 einfach in das Außenrohr 4 geschoben wird und andererseits kann das Außenrohr 4 in das Erdreich eingebracht und anschließend das Innenrohr 2 eingeschoben werden.

Bei der zweiten Variante können auch längere Erdwärmesonden 1 realisiert werden, indem zunächst mehrere Außenrohre 4 miteinander verschweißt werden und danach die Innenrohre 2 ebenfalls miteinander verschweißt und anschließend in das Außenrohr 4 eingeschoben werden.

Selbstverständlich können die Abstandshalter 5 auch innen am Außenrohr mit extrudiert werden.

Eine andere Möglichkeit für die Anordnung der Abstandshalter 5besteht darin, das Innenrohr 4 auf seiner Außenseite mit Längsnuten 6 mit schwalbenschwanzähnlichem Querschnitt zu versehen, was beim Extrudieren mit einem passenden Werkzeug einfach möglich ist (4). Die Abstandshalter 5 werden dann einfach separat extrudiert und mit Rastkanten 7 versehen und anschließend in die Längsnuten 6 eingesetzt. Damit können die Innenrohre 4 vormontiert werden und dann zum Einsatzort gebracht werden, weil die Abstandshalter 5 in den Längsnuten sicher gehalten werden.

Der Vorteil ist hier, dass für beide Extrusionsvorgänge einfachere Werkzeuge benötigt werden, im Vergleich zu einem Innenrohr 4 mit angeformten Abstandshaltern 5.

Außerdem ist es bei dieser Variante grundsätzlich möglich, die Abstandshalter 5 aus einem Material mit höherem Wärmeübergangswiderstand zu fertigen, als für das Außen- und/oder Innenrohr verwendet wird.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Erdwärmesonde 1 kann erreicht werden, wenn das Innenrohr 4 außen mit einer Wärmedämmung 8 versehen wird (2). Die Herstellung dieser Wämedämmung 8 ist durch den zweiteiligen Aufbau der Erdwärmesonde 1 besonders einfach, da die Wämedämmung 8 nachträglich nach dem Extrudieren des Innenrohres 4 durch Aufsprühen eines Isoliermateriales oder auch gleichzeitig beim Extrudieren aufgebracht werden kann.

Zwischen Abstandshalter und Innenrohr 4 kann sich eine Isolation befinden und in einer anderen Ausführung sind die Abstandshalter mit einer das Innenrohr umschließenden Isolierung ausgeführt.

1
Erdwärmesonde
2
Außenrohr
3
Bodenverschluss
4
Innenrohr
5
Abstandshalter
6
Längsnut
7
Rastkante
8
Wärmedämmung
S
Symmetrieebene
V
Vorlauf
R
Rücklauf


Anspruch[de]
Erdwärmesonde aus Kunststoff mit einem Vorlauf- und einem Rücklaufkanal in koaxialer Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenrohr (2) mittels längs verlaufender Abstandshalter (5) in einem Außenrohr (4) über die gesamte Länge lose zentrisch positioniert und längs verschiebbar angeordnet ist, wobei Innenrohr (2), Außenrohr (4) und Abstandshalter (5) aus Kunststoff bestehen. Erdwärmesonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Abstandshalter (5) vorgesehen sind. Erdwärmesonde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (5) außen am Innenrohr (4) angeformt sind. Erdwärmesonde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (2) außen mit Längsnuten (6) zur Aufnahme von Abstandshaltern (5) versehen ist. Erdwärmesonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten (5) einen schwalbenschwanzähnlichen Querschnitt aufweisen, in den die mit Rastkanten (7) ausgestatteten Abstandshalter (5) einrastbar sind. Erdwärmesonde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (4) innen mit angeformten Abstandshaltern (5) ausgestattet ist. Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter jeweils radial ausgerichtet sind. Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (2) aus einem Material mit einem größeren Wärmeübergangswiderstand besteht, als das Außenrohr (4). Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (5) aus einem Material mit einem größeren Wärmeübergangswiderstand bestehen, als das Außenrohr (4). Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (2) auf der Außenseite mit einer Wärmedämmung (8) beschichtet ist.






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