DE9403070U1 - Device for inserting an earth probe into a borehole - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Einführen einer Erdsonde in ein Bohrloch gemäss Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The subject of the invention is a device for inserting a geothermal probe into a borehole according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, bei Erdwärmegewinnungsanlagen Wasser oder ein anderes Medium durch ein haaraadelförmig ausgebildetes, in ein Bohrloch eingesetztes Rohr zu pumpen und auf diese Weise dem Erdinnern Wärme zu entziehen. Solche am Grund des Bohrloches mit einem 180°-Bogen versehenen, üblicherweise aus Kunststoff, z.B. Polyäthylen, hergestellte Erdsonden, werden auf der Baustelle aus ringförmig aufgewickelten Rohren durch Einschweissen von Bögen zur Verbindung der beiden Rohre am unteren Ende zu der der Bohrlochtiefe entsprechenden Länge zusammengefügt.It is known that geothermal energy extraction systems pump water or another medium through a hair-needle-shaped pipe inserted into a borehole, thereby extracting heat from the earth's interior. Such geothermal probes, which are provided with a 180° bend at the bottom of the borehole and are usually made of plastic, e.g. polyethylene, are assembled on site from ring-shaped wound pipes by welding in bends to connect the two pipes at the lower end to a length corresponding to the depth of the borehole.
Diese Rohre behalten die ihnen nach der Herstellung und bei der Lagerung aufgezwungene Krümmung auch nach dem Abwickeln vom Ring teilweise bei und lassen sich deshalb nur mit Mühe in das enge Bohrloch einführen. In vielen Fällen kommt noch hinzu, dass das Bohrloch ganz oder teilweise mit Wasser gefüllt ist, so dass, infolge des niedrigen spezifischen Gewichtes der einzuführenden Rohre, diese beim Eintauchen in die Flüssigkeit einen Auftrieb erhalten, der das Einführen zusätzlich behindert. Im weiteren findet auch eine nicht zu vernachlässigende Reibung an der Bohrlochwand statt, da sich die Rohre infolge ihrer eigenen Biegung dort anliegen.These pipes retain the curvature imposed on them during manufacture and storage even after they have been unwound from the ring and can therefore only be inserted into the narrow borehole with difficulty. In many cases, the borehole is completely or partially filled with water, so that, due to the low specific weight of the pipes to be inserted, they are buoyant when immersed in the liquid, which further hinders insertion. In addition, there is also a not insignificant amount of friction on the borehole wall, as the pipes rest against it due to their own bending.
Aus dem Schweizer Patent Nr. 653120 ist es bekannt, den im Bohrloch zuunterst zu liegen kommenden Abschnitt der Kunststoffrohre durch ein Stahlrohr oder einen Stahlstab, welcher mit Briden mit den Rohren verbunden ist, eine Streckungund mehr Masse zu verleihen. Um zusätzlich eine Beschädigung des bogenförmigen Teiles der haaraadelförmigFrom Swiss patent no. 653120 it is known to give the section of the plastic pipes that is located at the bottom of the borehole an extension and more mass by means of a steel pipe or a steel rod that is connected to the pipes with clamps. In order to also prevent damage to the curved part of the hair-needle-shaped
verlaufenden Rohre zu verhindern, wird eine durch Wärme schrumpfende Kappe über die Bögen gestülpt.To prevent the pipes from bending, a heat-shrinking cap is placed over the bends.
Diese bekannte Vorrichtung hat sich ausgezeichnet bewährt und lässt sich für das Versetzen von Erdsonden bis in Tiefen von 120, allenfalls 150 m verwenden.This well-known device has proven to be extremely effective and can be used for installing geothermal probes to depths of up to 120 m and even 150 m.
Seit einiger Zeit besteht nun der Wunsch, Erdsonden wesentlich tiefer zu setzen, um anstelle mehrerer nebeneinander geführter Sonden, die auch mehrere Bohrungen benötigen, mit einem einzigen Bohrloch auszukommen. Bei Bohrlöchern, deren Tiefe mehr als 150 m beträgt, müssen aus Gründen der inneren Reibung bei der Umwälzung der wärmeleitenden Flüssigkeit Sondenrohre mit grösserem Durchmesser verwendet werden. Da auch diese Rohre in Gestalt von Ringen auf die Baustelle geliefert werden, ist den Rohren eine Krümmung eigen, die sich durch Auslegen am Boden oder durch Einsetzen eines Stabes nicht aufheben lässt. In den meisten Fällen können die Rohre vor dem Verlegen auch nicht gestreckt werden, da nicht genügend Raum zur Verfugung steht, die beispielsweise 300 m lange Sonde gestreckt auszulegen. Diese nun zu verwendenden dickeren Rohre von beispielsweise 2" Durchmesser weisen selbstverständlich auch eine grössere Wandstärke auf und sind so wesentlich steifer wie die bisher verwendeten 1" Rohre oder kleinere.For some time now, there has been a desire to install geothermal probes much deeper in order to use a single borehole instead of several probes placed next to each other, which also require several boreholes. For boreholes that are more than 150 m deep, probe pipes with a larger diameter must be used due to internal friction when the heat-conducting fluid circulates. Since these pipes are also delivered to the construction site in the form of rings, the pipes have a curvature that cannot be eliminated by laying them out on the ground or by inserting a rod. In most cases, the pipes cannot be stretched before laying because there is not enough space to lay out the 300 m long probe in a stretched manner. These thicker pipes, for example 2" in diameter, that are now to be used naturally also have a greater wall thickness and are therefore much stiffer than the 1" or smaller pipes that have been used up to now.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein oder mehrere Rohrpaare leicht in ein Bohrloch eingebracht werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung derart auszubilden, dass die Sonde während des Versetzens aus dem Bohrloch wieder herausgezogen werden kann, wenn sich aus irgendwelchen Gründen ein zu grosser Widerstand für das vollständige Absenken entgegensetzt.The object of the present invention is to create a device with which one or more pairs of pipes can be easily inserted into a borehole. A further object of the invention is to design the device in such a way that the probe can be pulled out of the borehole again during installation if, for some reason, there is too much resistance to complete lowering.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäss den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in denThis object is achieved according to the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are described in the
-3-abhängigen Ansprüchen definiert. -3- dependent claims defined.
Der aus einem Stahlrohr bestehende Mantel erlaubt nicht nur die Ausbildung eines einwandfrei gestreckten Bereiches an der Spitze der Erdsonde, sondern er schützt auch den Bogenbereich der haaraadelförmig verbundenen Rohre und den an den Bogenbereich anschliessenden Verbindungsbereich der Bögen mit den Enden der Rohre vor Beschädigung durch die rauhe Bohrlochwand. Im weiteren kann durch Verwendung eines dickwandigen glatten Rohres eine hohe Masse an der Spitze der Erdsonde konzentriert werden, so dass diese zusammen mit der kegel-, kegelstumpf- oder halbkugelförmigen Spitze mit geringer Reibung in das Bohrloch abgesenkt werden kann. Aus der Wand des Bohrloches vorstehende Teile können die Sonde nicht verletzen und werden meist bereits durch das Stahlrohr abgeschlagen oder stumpf geschliffen. Der das Stahlrohr vorne verschliessende Verschluss kann abgenommen werden, so dass die Vorrichtung auf der Baustelle für die Montage der Bögen von unten auf das untere Ende der Rohre aufgeschoben werden kann. Die das Stahlrohr oben verlassenden Rohre sind in Bohrungen im Deckel geführt. Dadurch ist eine absolut exakte Zentrierung der wasserführenden Rohre im Stahlrohr gewährleistet. In das Innere des Stahlrohres führende Bohrungen erlauben den Durchtritt von Wasser von unten nach oben, wenn die Sonde in ein mit Wasser gefülltes Bohrloch eingeführt wird. Die die wasserführenden Kunststoffrohre im Innern des Stahlrohres zusammenhaltende Bride ermöglicht es, eine bereits teilweise in das Bohrloch eingeführte Erdsonde aus dem Bohrloch zurückzuziehen, ohne die an den Enden der Kunststoffrohre angeschweissten Bögen einer zu hohen Zugbelastung auszusetzen. Am Gewindebolzen am Deckel der Vorrichtung können Einführrohre aufgeschraubt werden und mit diesen einerseits das Gewicht der Sonde erhöht und anderseits die Sonde nach unten geschoben werden. Sobald die Sonde eingeschoben ist, können die aufgeschraubten Rohre, welche Rechtsgewinde aufweisen, durch eine zusätzliche Rechtsdrehung vom Stahlrohr gelöst und aus dem Bohrloch herausgehoben werden. Das von der Sonde gelöste Einführrohr kann, bevor es aus dem Bohrloch herausgezogen wird, zum Einführen einer Wärmeleitmasse,The casing, which consists of a steel pipe, not only allows the formation of a perfectly stretched area at the tip of the geothermal probe, but also protects the curved area of the hairpin-shaped connected pipes and the connecting area of the curved area with the ends of the pipes from damage caused by the rough borehole wall. Furthermore, by using a thick-walled, smooth pipe, a high mass can be concentrated at the tip of the geothermal probe, so that it can be lowered into the borehole together with the conical, truncated cone or hemispherical tip with little friction. Parts protruding from the wall of the borehole cannot damage the probe and are usually knocked off or ground blunt by the steel pipe. The closure that closes the steel pipe at the front can be removed so that the device can be pushed onto the lower end of the pipes from below on the construction site for the assembly of the curved parts. The pipes leaving the steel pipe at the top are guided into holes in the cover. This ensures that the water-carrying pipes in the steel pipe are centered exactly. Holes leading into the interior of the steel pipe allow water to pass from bottom to top when the probe is inserted into a borehole filled with water. The clamp holding the water-carrying plastic pipes together inside the steel pipe makes it possible to pull a ground probe that has already been partially inserted into the borehole out of the borehole without subjecting the bends welded to the ends of the plastic pipes to too high a tensile load. Insertion pipes can be screwed onto the threaded bolt on the cover of the device and used to increase the weight of the probe on the one hand and to push the probe downwards on the other. As soon as the probe is inserted, the screwed-on pipes, which have a right-hand thread, can be detached from the steel pipe by an additional clockwise turn and lifted out of the borehole. The insertion tube detached from the probe can be used to insert a heat-conducting compound before it is pulled out of the borehole.
· &iacgr;· &iacgr;
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Z.B. Bentonit, verwendet werden.For example, bentonite can be used.
Die vom Einführrohr auf die Sonde ausgeübte Kraft wird nur auf das rohrförmige Ende übertragen, so dass dieses sich durch das Bohrloch nach unten arbeitet. Die vom rohrförmigen Ende durch das Bohrloch nach oben verlaufenden Kunststoffrohre werden beim Einführen nachgezogen.The force exerted by the insertion tube on the probe is only transferred to the tubular end, so that it works its way down through the borehole. The plastic tubes running upwards from the tubular end through the borehole are pulled along during insertion.
Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispieles wir die Erfindung näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail using an illustrated embodiment.
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer haarnadelförmig ausgebildeten Erdsonde mit einem Mantel aus Stahlrohr,Figure 1 is a perspective view of a hairpin-shaped geothermal probe with a steel tube casing,
Figur 2 eine haarnadelförmig ausgebildete Erdsonde gemäss dem Stand der Technik.Figure 2 shows a hairpin-shaped ground probe according to the state of the art.
Der in Figur 2 dargestellte untere Abschnitt 1 eines haarnadelförmigen Kunststoffrohres 3 einer herkömmlichen Erdsonde 5 ist durch zwei Briden 7 mit einem zwischen den Kunststoffrohren 3 angeordneten Stahlstab oder Stahlrohr 9 gestreckt. Eine Kappe 11 aus wärmeschrumpfbarem Kunststoffolie umgibt den bogenförmigen Abschnitt 13 (in Fig. 2 als Explosionsdarstellung gezeigt).The lower section 1 of a hairpin-shaped plastic tube 3 of a conventional geothermal probe 5 shown in Figure 2 is stretched by two clamps 7 with a steel rod or steel tube 9 arranged between the plastic tubes 3. A cap 11 made of heat-shrinkable plastic film surrounds the curved section 13 (shown in Figure 2 as an exploded view).
Die beiden Kunststoffrohre 3 in der die Erfindung darstellenden Figur 1 sind an ihrem unteren Ende durch einen 180°- oder zwei 90°-Bögen 15 durch Spiegelschweissungen miteinander verbunden. Der an die Bögen 15 anschliessende Abschnitt der Kunststoffrohre 3 liegt innerhalb eines Stahlrohres 17, dessen oberes Ende durch einen Deckel 19 und dessen unteres Ende durch einen Verschluss 21 verschlossen ist. Der Verschluss 21 dringt teilweise in das Stahlrohr 17 ein und kann durch ein Gewinde 23 oder eine radial verlaufende Verschraubung (keine Darstellung) mit dem Stahlrohr 17 verbunden sein. Der Deckel 19 ist mit dem oberen Ende des Stahlrohres 17 verschweisst und weist zwei Bohrungen 25 für die Durchführung der Kunststoffrohre 3 auf. Auf der Oberfläche des Deckels 9 ist weiterhin ein Gewindebolzen 27 befestigt, z.B. angeschweisst. Der Gewin-The two plastic pipes 3 in Figure 1, which illustrates the invention, are connected to one another at their lower end by a 180° or two 90° bends 15 by means of mirror welding. The section of the plastic pipes 3 that adjoins the bends 15 is located within a steel pipe 17, the upper end of which is closed by a cover 19 and the lower end by a closure 21. The closure 21 partially penetrates the steel pipe 17 and can be connected to the steel pipe 17 by a thread 23 or a radially running screw connection (not shown). The cover 19 is welded to the upper end of the steel pipe 17 and has two holes 25 for the plastic pipes 3 to pass through. A threaded bolt 27 is also attached, e.g. welded, to the surface of the cover 9. The thread
debolzen 27 weist ein linksgängiges Gewinde auf, in welches das untere Ende eines aus mehreren Stücken zusammengesetzten Einführrohres 29 eingeschraubt ist. Die einzelnen Stückes des Einführrohres 29 weisen rechtsgängige Gewinde auf (keine Darstellung). Das Einführrohr 29 ist dazu bestimmt und ausgebildet, mit einer Pumpe zum Einführen und Umwälzen einer wärmeleitenden Flüssigkeit in das Bohrloch verbunden zu werden.The bolt 27 has a left-hand thread into which the lower end of an insertion tube 29 made up of several pieces is screwed. The individual pieces of the insertion tube 29 have right-hand threads (not shown). The insertion tube 29 is intended and designed to be connected to a pump for introducing and circulating a heat-conducting liquid in the borehole.
In einem Abstand a von Scheitel S des Bogens 15 ist eine Haltebride 31 angeordnet, mit der die beiden Rohre 3 geklemmt gehalten werden. Die Haltebride 31 dient dazu, bei einem allenfalls notwendig werdenden Herausziehen der Erdsonde 5 aus dem Bohrloch, die vom Stahlrohr 17 auf die Rohre 3 wirkende Zugkraft nicht im Bereich der Bögen 15 in diese einzuleiten, sondern in einem Abstand dazu.At a distance a from the apex S of the bend 15, a retaining clamp 31 is arranged, with which the two pipes 3 are held in place. The retaining clamp 31 serves to ensure that, in the event of the geothermal probe 5 being pulled out of the borehole, the tensile force exerted by the steel pipe 17 on the pipes 3 is not introduced into the area of the bends 15, but rather at a distance from them.
Im Stahlrohr 17 und/oder im Verschluss 21 und/oder im Deckel 19 sind Bohrungen oder Ausnehmungen 33 angebracht, welche den Zutritt von Wasser aus dem Bohrloch in das Innere des Stahlrohres 17 und von dort durch den Deckel 19 in den Raum oberhalb des Deckels 19 ermöglichen.In the steel pipe 17 and/or in the closure 21 and/or in the cover 19, bores or recesses 33 are provided, which allow the access of water from the borehole into the interior of the steel pipe 17 and from there through the cover 19 into the space above the cover 19.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können an der Mantelfläche des Stahlrohres 17 axial verlaufende Rippen 35 angebracht sein, welche den seitlichen Fluss von Wasser im Bohrloch von unten nach oben erleichtern.In a further embodiment of the invention, axially extending ribs 35 can be attached to the outer surface of the steel pipe 17, which facilitate the lateral flow of water in the borehole from bottom to top.
Am unteren Ende der Erdsonde (5) ist ein Stahlrohr (17) mit einem kegelförmigen Verschluss (21) und einem mit Bohrungen (25) versehenen Deckel (19) angeordnet. Die Kunststoffrohre (3) werden durch eine Haltebride (31) innerhalb des Stahlrohres (17) axial gehalten. Ein Gewindebolzen (27) ermöglicht die Verbindung zu einem Einführrohr (29), das nach dem Setzen der Erdsonde (5) zum Einführen eines wärmeleitenden Mittels in das Bohrloch dient. (Figur 1)At the lower end of the geothermal probe (5) there is a steel pipe (17) with a conical closure (21) and a cover (19) provided with holes (25). The plastic pipes (3) are held axially within the steel pipe (17) by a retaining clamp (31). A threaded bolt (27) enables the connection to an insertion pipe (29) which is used to introduce a heat-conducting medium into the borehole after the geothermal probe (5) has been set. (Figure 1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH686736A5 (en) | 1996-06-14 |
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