DE102012111140A1

DE102012111140A1 - Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials

Info

Publication number: DE102012111140A1
Application number: DE102012111140.5A
Authority: DE
Inventors: Guido Kania; Daniel Gottschalk
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2014-05-22
Also published as: WO2014079551A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines ersten Polymermaterials, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und bei einer Innendruckprüfung gemäß ISO 9080 eine Innendruckfestigkeit aufweist, die auf oder über einer Referenzkurve im Temperaturbereich von 10 bis 110 °C liegt, die folgender Definition entspricht: lg t = –219 – (62600,752 × lg sigma)/T + 90635,353/T + 126,387 × lg sigmawobei t für die Zeit in h, T für die Temperatur in K und sigma für die hydrostatische Spannung in MPa steht, zur Herstellung mindestens einer Schicht (1.1) eines mehrschichtigen Rohres (1) oder mindestens einer Schicht (1.1) eines mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) und eines zweiten Polymermaterials, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und einen MRS-Wert (minimum required strength) von > 10 MPa und einen FNCT-Wert nach ISO 16770 bei 80 °C und sigma 4 N/mm2 bei 1 % Arkopal von > 10.000 h aufweist, zur Herstellung mindestens einer weiteren Schicht (1.2) eines mehrschichtigen Rohres (1) oder mindestens einer weiteren Schicht (1.2) eines mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) für eine Rohranordnung einer Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials zur Herstellung von Schichten eines mehrschichtigen Rohres oder von Schichten eines mehrschichtigen Rohrformteils für eine Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung, weiterhin das mehrschichtige Rohr oder mehrschichtige Rohrformteil und eine Rohranordnung mit mindestens einem mehrschichtigen Rohr oder mindestens einem mehrschichtigen Rohrformteil und schließlich eine Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung mit einer solchen Rohranordnung.
Die Versorgung von Wohnungen und Gebäuden mit Wärmeenergie zu Heizzwecken, die zunehmend mit Hilfe von regenerativen Energien, beispielsweise unter Nutzung der Erdwärme vorgenommen wird, ist eine günstige und effiziente Technik. Daneben etabliert sich auch die Kühltechnik, bei der Wärme dem Gebäude entzogen und in den Erdboden eingeleitet wird.
Hierzu werden Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtungen eingesetzt, die in der Lage sind, Wärmeenergie mit dem Erdboden auszutauschen, indem das in den Rohranordnungen strömende Fluid dem Erdboden Wärmeenergie entzieht oder diesem zuführt.
Für das fluidführende Rohr sind aus dem Stand der Technik solche aus vernetztem Polyethylen (PE-X) oder aus Stahl bekannt.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Rohre sind aufwendig herzustellen. Die Rohranordnungen für Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtungen sind im Erdboden im allgemeinen in Bohrungen abgeteuft. Dabei kann es zu Beschädigungen der äußeren Oberfläche durch scharfkantige Objekte im Bohrloch kommen.
Gerade Rohre aus Polyethylen neigen bei Beschädigungen zu langsamen Risswachstum bei der Einwirkung von Punktlasten, worauf das Rohr durch Bruch oder Leckage versagen kann. Auch die Dauergebrauchstemperatur – etwa in der Größe von 40 °C – ist bei dem Werkstoff Polyethylen auf Grund der relativ geringen Wärmeformbeständigkeit beschränkt.
Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, eine geeignete Kombination von Polymermaterialien, welches die hohen Anforderungen, die an Erdwärmerohranordnungen gestellt werden, erfüllt, auszuwählen und für die Herstellung eines Rohrs bzw. eines Rohrformteils für eine Rohranordnung einer Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung vorzusehen. Darüber hinaus soll die Kombination der Polymermaterialien gewährleisten, dass das Rohr bzw. Rohrformteil äußerst widerstandsfähig gegen Beschädigungen und einem möglichen langsamen Risswachstum ist, sowie auch höheren Gebrauchstemperaturen, wie sie beim Kühlbetrieb bei einer Erdwärmesonde auftreten, standhält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile dadurch überwunden, dass ein erstes Polymermaterial verwendet wird, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und bei einer Innendruckprüfung gemäß ISO 9080 eine Innendruckfestigkeit aufweist, die auf oder über einer Referenzkurve im Temperaturbereich von 10 bis 110 °C liegt, die folgender Definition entspricht: lg t = –219 – (62600,752 × lg sigma)/T + 90635,353/T + 126,387 × lg sigma wobei t für die Zeit in Stunden (h), T für die Temperatur in Kelvin (K) und sigma für die hydrostatische Spannung in Megapascal (MPa) steht, zur Herstellung mindestens einer Schicht eines mehrschichtigen Rohres oder mindestens eine Schicht eines mehrschichtigen Rohrformteils, und ein zweites Polymermaterial, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und einen MRS-Wert (minimum required strength) von > 10 MPa und einen FNCT-Wert nach ISO 16770 bei 80 °C und sigma 4 N/mm² bei 1 % Arkopal von > 10.000 h aufweist, zur Herstellung mindestens einer weiteren Schicht eines mehrschichtigen Rohres oder mindestens einer weiteren Schicht eines mehrschichtigen Rohrformteils für eine Rohranordnung einer Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung.
Die über Innendruckprüfungen nach ISO 1167-1 und ISO 1167-2 für diesen Werkstoff ermittelten unteren Vertrauensgrenzen der vorausgesagten Innendruckfestigkeit (sigma LPL-Werte) müssen mindestens den entsprechenden Werten der o. g. Referenzkennlinie entsprechen, d. h. auf oder oberhalb der Referenzkurve liegen.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Kombination von Polymermaterialien gemäß vorstehend beschriebener Definition gelingt es, ein mehrschichtiges Rohr oder ein mehrschichtiges Rohrformteil mit jeweils mindestens einer Schicht und einer weiteren Schicht aus besagten Polymermaterialien für eine Rohranordnung einer Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung bereitzustellen.
Ein derartiges Rohr oder ein derartiges Rohrformteil lässt sich in einfacher Art und Weise herstellen, verursacht geringe Herstellkosten, ist dauerhaft, widersteht über lange Zeiträume den herrschenden Drücken und Temperaturen des in ihnen geförderten Mediums und ist durch Schweißtechniken in einfacher Art und Weise untereinander verbindbar.
Insbesondere widersteht ein solches Rohr oder Rohrformteil den Bedingungen, unter denen eine Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung betrieben wird. Dazu gehören die dauerhafte Einwirkung des Fluids unter Temperatur und Druck auf die Wandung aus Polymermaterial, weiterhin Druckspitzen und -schwankungen sowie Temperaturspitzen und -schwankungen. Ebenso ist das Ausdehnungsverhalten des Materials zu berücksichtigen, was entscheidend von Temperatur und Druck mit beeinflusst wird. Schließlich ist ein dauerhafter Werkstoff gefragt, da eine Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung eine lange Lebensdauer aufweisen soll.
Und schließlich neigt das Rohr bzw. Rohrformteil bei Beschädigungen nicht zu Risswachstum, wodurch es zu keinem Versagen kommen kann. Auch die Daueranwendungstemperatur ist bei der erfindungsgemäßen Kombination der Polymermaterialien vorteilhaft erhöht.
All dies wird durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Polymermaterialien sichergestellt.
Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt, wenn das Polymermaterial ein Polyethylen ist.
Ein Polyethylen ist ein sehr einfach verarbeitbares Polymermaterial, das sowohl in Extrusions- wie auch im Spritzgussverfahren verarbeitbar ist, um damit Rohre oder Rohrformteile herzustellen.
Ein Polyethylen ist inert, langlebig und wird von den zu leitenden Fluiden bei einer Anwendung in einer Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung nicht angegriffen, darüber hinaus ist es günstig verfügbar.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die innerste, d.h. die dem Lumen des Rohres oder Rohrformteiles zugewandte Schicht aus dem ersten Polymermaterial, wie vorstehend beschrieben, gebildet ist.
Diese innerste Schicht des Rohres oder Rohrformteils begrenzt das Lumen kommt an seiner Oberfläche mit dem zu leitenden Medium in Berührung.
Wenn die innerste, d.h. die dem Lumen des Rohres oder Rohrformteiles zugewandte Schicht aus dem ersten Polymermaterial, gebildet ist, das ein unvernetztes Polyolefin ist und bei einer Innendruckprüfung gemäß ISO 9080 eine Innendruckfestigkeit aufweist, die auf oder über einer Referenzkurve im Temperaturbereich von 10 bis 110 °C liegt, die folgender Definition entspricht: lg t = –219 – (62600,752 × lg sigma)/T + 90635,353/T + 126,387 × lg sigma wobei t für die Zeit in Stunden (h), T für die Temperatur in Kelvin (K) und sigma für die hydrostatische Spannung in Megapascal (MPa) steht, ist dieses ganz besonders gegen langsames Rißwachstum beständig.
In einer alternativen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung hat sich als günstig erwiesen, wenn das zweite Polymermaterial die das Lumen begrenzende Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils bildet.
Wenn die innerste, d.h. die dem Lumen des Rohres oder Rohrformteiles zugewandte Schicht aus dem zweiten Polymermaterial, gebildet ist, das ein unvernetztes Polyolefin ist und einen MRS-Wert (minimum required strength) von > 10 MPa und einen FNCT-Wert nach ISO 16770 bei 80 °C und sigma 4 N/mm² bei 1 % Arkopal von > 10.000 h aufweist, ist dieses ganz besonders für Anwendungen bei erhöhter Temperatur, wie es im Kühlbetrieb bei einer Erdwärmesondenrohranordnung auftritt, geeignet.
Als sehr vorteilhaft hat sich bei der vorliegenden Erfindung gezeigt, wenn zwischen der Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils und der weiteren Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils eine zusätzliche Schicht angeordnet ist.
Überaus günstig ist es, wenn die zusätzliche Schicht eine Haftvermittlerschicht oder eine Diffusionssperrschicht oder eine Schutzschicht oder eine Verstärkungsschicht oder eine Ausgleichsschicht oder eine Wärmeleitschicht ist.
Als äußerst vorteilhaft hat sich das Vorsehen einer Haftvermittlerschicht erwiesen, die die Haftung der Schichten aus dem ersten und dem zweiten Polymermaterial verbessert oder ermöglicht. Eine Haftvermittlerschicht bewirkt einen besonders festen Verbund zwischen zwei aneinander grenzende Schichten, so dass ein Haftverbund entsteht. Eine solche Haftvermittlerschicht kann auf Basis eines Polymermaterials, das Polyethylen oder Polyethylen-Copolymere enthält, zusammengesetzt sein. Es ist in der Erfindung auch umfasst, dass zwischen allen aneinander angrenzenden Schichten Haftvermittlerschichten ausgebildet sind.
Eine gemäß vorliegender Erfindung vorzusehende Diffusionssperrschicht verhindert oder reduziert im ganz hohen Maße den Durchtritt von Stoffen aus der Umgebung in das Lumen des Rohres bzw. aus dem Lumen des Rohres in die Umgebung. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn als Diffusionssperrschicht eine Sperrschicht verwendet wird, die den Durchtritt von Wasserdampf verhindert bzw. begrenzt und / oder den Durchtritt von Sauerstoff. Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Diffusionssperrschichten in einer Kombination vorgesehen sind. Eine solche Diffusionssperrschicht kann an einer beliebigen Stelle in der Wandung des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Rohrformteils angeordnet sein, findet aber einen bevorzugten Ort zwischen der Schicht und der weiteren Schicht oder als äußerste Schicht oder als zweitäußerste Schicht der Wandung.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine Außenschicht, die die äußerste Schicht des Rohres oder Rohrformteils bildet, angeordnet ist. Diese Außenschicht fungiert als Schutzschicht.
Durch das Vorsehen einer Schutzschicht, die die äußerste Schicht des Rohres oder Rohrformteils bildet, kann ein sehr widerstandsfähiges Rohr oder Rohrformteil hergestellt werden, das eine hohe Widerstandskraft gegen Beschädigungen beim Lagern, Transportieren und Einbauen der Rohre oder Rohrformteile gewährleistet. Im Rahmen einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schutzschicht aus einem Polyethylen (PE) oder einem Polyethylen mit erhöhter Spannungsrissbeständigkeit oder einem vernetzten Polyethylen (PE-X) oder aus ähnlichen widerstandsfähigen Materialien hergestellt ist.
Eine gemäß vorliegender Erfindung vorzusehende Verstärkungsschicht kann als eine Umflechtung ausgebildet sein, die die Druckbeständigkeit des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils erhöht. Eine solche Umflechtung kann mittels Fasern, Bändern, Fäden oder Filamenten aus Polymermaterial und / oder Metall vorgenommen werden. Eine derartige Verstärkungsschicht kann an einer beliebigen Stelle in der Wandung des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils angeordnet werden, findet aber einen bevorzugten Ort zwischen der Schicht und der weiteren Schicht oder als zweitäußerste Schicht.
Im Rahmen der Erfindung hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine Wärmeleitschicht angeordnet ist. Eine solche Wärmeleitschicht kann beispielsweise Partikel enthalten, die die Wärme besonders gut leiten. Es kann sich dabei um Partikel anorganischer oder metallischer Art handeln. Ebenso kann die Wärmeleitschicht mehrlagig ausgeführt sein. Diese sind auch mehrschichtig, wobei ggf. verschiedene Partikel enthalten sind, herstellbar. Als Material der Wärmeleitschicht wird bevorzugt ein solches gewählt, das gegenüber der Temperatur des zu leitenden Mediums kein Versagen, keinen Abbau oder ähnlichen Änderungen zeigt. Die Dicke der Wärmeleitschicht wird so gewählt, dass der gewünschte Wärmeleiteffekt eintritt. Eine derartige Wärmeleitschicht kann an einer beliebigen Stelle in der Wandung des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Rohrformteils angeordnet sein, findet aber einen bevorzugten Ort als äußerste oder zweitäußerste Schicht.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine Ausgleichsschicht angeordnet ist. Eine solche Ausgleichsschicht kann vorteilhaft beispielsweise unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Schichten ausgleichen und mögliche Spannungen im mehrschichtigen Rohr oder des mehrschichtigen Rohrformteil abbauen. Eine derartige Ausgleichsschicht kann an einer beliebigen Stelle in der Wandung des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Rohrformteils angeordnet sein, findet aber einen bevorzugten Ort zwischen der Schicht und der weiteren Schicht.
Die Erfindung umfasst auch die Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials zur Herstellung von Schichten eines Rohres oder Rohrformteils, wobei wenigstens eine der Schichten modifiziert ist. Die Modifikation wenigstens einer der Schichten beruht auf der Maßschneiderung der gewünschten Eigenschaften des Polymermaterials der jeweiligen Schicht. Dies kann sowohl die Eigenschaften beim Gebrauch, wie auch auf die Eigenschaften bei der Herstellung betreffen. So kann beispielsweise das Polymermaterial hinsichtlich seiner Stabilisierung gegen thermischen Abbau durch eine entsprechende Modifikation – die sowohl das Polymermaterial selbst, wie auch die Zugabe entsprechender Additive betreffen kann – optimiert werden. Bei der Herstellung der Rohre oder Rohrformteile kann durch Vorsehen geeigneter Hilfsstoffe dafür Sorge getragen werden, dass die Formung in schonender Weise ohne übermäßige thermische Belastung vonstattengeht, indem entsprechende Additive – wie beispielsweise Gleit- oder Trennmittel – dem Polymermaterial zugesetzt werden.
Das Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Rohrformteils ist wie folgt:
Das Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Formteils für eine Rohranordnung gemäß vorliegender Erfindung beruht darauf, eine Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Formteils aus einem ersten Polymermaterial, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und bei einer Innendruckprüfung gemäß ISO 9080 eine Innendruckfestigkeit aufweist, die auf oder über einer Referenzkurve im Temperaturbereich von 10 bis 110 °C liegt, die folgender Definition entspricht: lg t = –219 – (62600,752 × lg sigma)/T + 90635,353/T + 126,387 × lg sigma wobei t für die Zeit in Stunden (h), T für die Temperatur in Kelvin (K) und sigma für die hydrostatische Spannung in Megapascal (MPa) steht, und eines zweiten Polymermaterials, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und einen MRS-Wert (minimum required strength) von > 10 MPa und einen FNCT-Wert nach ISO 16770 bei 80 °C und sigma 4 N/mm² bei 1 % Arkopal von > 10.000 h aufweist, zur Herstellung mindestens einer weiteren Schicht eines mehrschichtigen Rohres oder mindestens einer weiteren Schicht eines mehrschichtigen Rohrformteils für eine Rohranordnung einer Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung zu formen.
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Rohrformteils kann als Extrusionsverfahren oder als Spritzgussverfahren oder als Blasverfahren oder als Inline-Konfektionsverfahren oder als aus den Vorstehenden kombiniertes Verfahren ausgewählt sein.
Mithilfe des Verfahrens lässt sich in günstiger Weise ein mehrschichtiges Rohr oder ein mehrschichtiges Rohrformteil gemäß vorstehender Beschreibung herstellen.
Im Rahmen der Erfindung hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn das Verfahren so ausgeführt wird, dass das erste Polymermaterial die das Lumen begrenzende Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils bildet oder dass das zweite Polymermaterial die das Lumen begrenzende Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils bildet.
Als günstig hat sich dabei erwiesen, wenn zwischen der Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils und der weiteren Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Rohrformteils eine zusätzliche Schicht angeordnet wird.
Die zusätzliche Schicht kann eine Haftvermittlerschicht oder eine Diffusionssperrschicht oder eine Schutzschicht oder eine Verstärkungsschicht oder eine Ausgleichsschicht oder eine Wärmeleitschicht sein.
Das Anordnen einer eine Haftvermittlerschicht oder eine Diffusionssperrschicht oder eine Schutzschicht oder eine Verstärkungsschicht oder eine Ausgleichsschicht oder eine Wärmeleitschicht kann in einfacher Weise in einem Extrusionsprozess bzw. Coextrusionsprozess oder in einem Spritzgussprozess realisiert werden.
Überaus günstig ist auch das Anordnen einer Außenschicht, die die äußerste Schicht des Rohres oder Rohrformteils bildet, im Rahmen des Herstellverfahrens.
Durch ein entsprechendes Verfahren, bei dem neben der Herstellung der mindestens zwei Schichten des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Formteils aus den Polymermaterialien gemäß vorstehender Beschreibung auch noch eine Wärmeleitschicht und / oder eine Diffusionssperrschicht und / oder eine Außenschicht angeordnet wird, ist besonders vorteilhaft und günstig.
Auf diese Weise ist ein Rohr oder Rohrformteil mit dem geschilderten komplexen Aufbau seiner Wandung in einem einfachen Herstellverfahren, beispielsweise einem Coextrusionsverfahren oder Mehrkomponentenspritzgussverfahren ohne großem Aufwand, in hoher Reproduzierbarkeit und mit einem überragendem Qualitätsniveau zugänglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Rohranordnung nach Anspruch 8 gelöst.
Ein mehrschichtiges Rohr oder mehrschichtiges Rohrformteil, insbesondere ein Verbindungselement, ein Rohrbogen, ein Rohrabzweig, ein T-Stück, eine Muffe oder eine Elektroschweißmuffe, sind hergestellt unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach vorstehender Beschreibung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe, eine Rohranordnung zur Verfügung zu stellen, durch Anspruch 9 gelöst.
Die erfindungsgemäße Rohranordnung umfasst mindestens einem mehrschichtigen Rohr oder mindestens einem mehrschichtigen Rohrformteil gemäß der beschriebenen Art.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe, eine Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch Anspruch 10 gelöst.
Die Aufgabe findet Ihre Lösung in einer Rohranordnung mit mindestens einem mehrschichtigen Rohr oder mindestens einem mehrschichtigen Rohrformteil gemäß vorstehender Beschreibung.
Als mehrschichtiges Rohrformteil wird im vorstehenden Erfindungszusammenhang beispielsweise ein Verbindungselement, ein Rohrbogen, ein Rohrabzweig, ein T-Stück, eine Muffe oder eine Elektroschweißmuffe verstanden, ohne dass diese Aufzählung abschließend ist.
Eine Elektroschweißmuffe ist in besonderer Weise geeignet, Rohre miteinander oder Rohre und Rohrformteile oder Rohrformteile untereinander zu verbinden. Es versteht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass eine Elektroschweißmuffe so ausbildbar ist, dass diese ein Rohr, zwei Rohre, drei Rohre oder vier Rohre aufnehmen und miteinander oder mit einem oder mehreren Rohrformteilen verbinden kann.
Eine Rohrleitung, bestehend aus Rohren oder Rohrformteilen gemäß vorliegender Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen den Rohren oder Rohrformteilen mittels Stumpfschweißung oder unter Nutzung von Schweißmuffen hergestellt wird.
Anwendung findet die Erfindung in der Bereitstellung von hochwertigen, kostengünstigen Rohren und Rohrformteilen zur Herstellung einer Erdwärmesondenrohranordnung, die eine erhöhte Temperaturbeständigkeit aufweist, bei gleichzeitig hoher Beständigkeit gegen Punktlasten und langsamen und schnellen Risswachstum. Die Rohre und Rohrformteile können auf der Baustelle ohne Probleme durch Schweißtechniken miteinander verbunden werden.
Die Erdwärmesondenrohranordnung kann dabei in horizontaler und / oder vertikaler Bauweise im Erdboden eingebaut sein. Bei einem vertikalen Einbau werden im Allgemeinen Bohrlöcher im Erdboden hergestellt, in die die Erdwärmesondenrohranordnung eingeführt wird. Ein horizontaler Einbau kann durch Herstellung von Gräben zum Einlegen der Erdwärmesondenrohranordnung oder auch durch Einpflügen derselbigen in den Erdboden erfolgen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Fig. und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Figuren wie folgt erläutert.
Hierzu zeigt:
1a eine seitliche Querschnittsansicht eines Rohres einer ersten Ausführungsart mit einer teilweisen Entfernung der Schichten;
1b eine seitliche Querschnittsansicht deines Rohres einer zweiten Ausführungsart mit einer teilweisen Entfernung der Schichten;
2 einen Längsschnitt durch ein Rohrformteil entlang der Achse.
In 1a ist ein Rohr 1 einer ersten Ausführungsart in einer seitlichen Querschnittansicht gezeigt, wobei teilweise die Schichten entfernt sind.
Das mehrschichtige Rohr 1 weist ein Lumen 2 auf, das von einer Schicht 1.1 begrenzt ist, die aus einem ersten Polymermaterial besteht.
Diese Schicht 1.1 ist mit der weiteren Schicht 1.2 aus dem zweiten Polymermaterial fest verbunden.
Auf der vom Lumen 2 des Rohres 1 abgewandten Seite der weiteren Schicht 1.2 ist eine Aussenschicht 3 angeordnet.
Alle genannten Schichten sind fest miteinander verbunden.
In 1b ist ein Rohr 1 einer zweiten Ausführungsart in einer seitlichen Querschnittansicht gezeigt, wobei teilweise die Schichten entfernt sind.
Das mehrschichtige Rohr 1 weist ein Lumen 2 auf, das von einer weiteren Schicht 1.2 begrenzt ist, die aus einem zweiten Polymermaterial besteht.
Diese weitere Schicht 1.2 ist mit der Schicht 1.1 aus dem ersten Polymermaterial fest verbunden.
Auf der vom Lumen 2 des Rohres 1 abgewandten Seite der Schicht 1.1 ist eine Aussenschicht 3 angeordnet.
Alle genannten Schichten sind fest miteinander verbunden.
In 2 ist ein Längsschnitt durch einen Rohrformteil 1‘ in Form eines Verbindungselements (Fußteil einer Erdwärmesonde) entlang seiner Achse gezeigt.
Das Rohrformteil 1‘ in Form eines Verbindungselements, ermöglicht eine Verbindung von hier nicht gezeigten Rohren 1, 1 mit einem bestimmten Winkel, im vorliegenden Fall etwa 90°.
Das Lumen 2 des Rohrformteils 1‘ wird von einer mehrschichtigen Wandung begrenzt, wobei der Aufbau analog ist, wie vorstehend unter 1a geschildert. Alle Bezugszeichen entsprechen dabei einander.
Alle Fig. sind schematisch und nicht maßstäblich, sie zeigen den prinzipiellen Aufbau der Rohre und Rohrformteile gemäß vorliegender Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: Rohr
1‘: Rohrformteil
1.1: Schicht
1.2: weitere Schicht
1.3: zusätzliche Schicht
2: Lumen des Rohres oder Rohrformteils
3: Außenschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 9080 [0008]
ISO 16770 [0008]
ISO 1167-1 [0009]
ISO 1167-2 [0009]
ISO 9080 [0020]
ISO 16770 [0022]
ISO 9080 [0033]
ISO 16770 [0033]

Claims

Verwendung eines ersten Polymermaterials, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und bei einer Innendruckprüfung gemäß ISO 9080 eine Innendruckfestigkeit aufweist, die auf oder über einer Referenzkurve im Temperaturbereich von 10 bis 110 °C liegt, die folgender Definition entspricht: lg t = –219 – (62600,752 × lg sigma)/T + 90635,353/T + 126,387 × lg sigma wobei t für die Zeit in h, T für die Temperatur in K und sigma für die hydrostatische Spannung in MPa steht, zur Herstellung mindestens einer Schicht (1.1) eines mehrschichtigen Rohres (1) oder mindestens einer Schicht (1.1) eines mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) und eines zweiten Polymermaterials, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und einen MRS-Wert (minimum required strength) von > 10 MPa und einen FNCT-Wert nach ISO 16770 bei 80 °C und sigma 4 N/mm² bei 1 % Arkopal von > 10.000 h aufweist, zur Herstellung mindestens einer weiteren Schicht (1.2) eines mehrschichtigen Rohres (1) oder mindestens einer weiteren Schicht (1.2) eines mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) für eine Rohranordnung einer Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung.
Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach Anspruch 1, wobei das erste Polymermaterial und / oder das zweite Polymermaterial ein Polyethylen ist.
Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Polymermaterial die das Lumen (2) begrenzende Schicht (1.1) des mehrschichtigen Rohres (1) oder des mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) bildet oder wobei das zweite Polymermaterial die das Lumen (2) begrenzende Schicht (1.2) des mehrschichtigen Rohres (1) oder des mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) bildet.
Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen der Schicht (1.1) des mehrschichtigen Rohres (1) oder des mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) und der Schicht (1.2) des mehrschichtigen Rohres (1) oder des mehrschichtigen Rohrformteils (1‘) eine zusätzliche Schicht (1.3) angeordnet ist.
Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach Anspruch 4, wobei die zusätzliche Schicht (1.3) eine Haftvermittlerschicht oder eine Diffusionssperrschicht oder eine Schutzschicht oder eine Verstärkungsschicht oder eine Ausgleichsschicht oder eine Wärmeleitschicht ist.
Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Außenschicht (5), die die äußerste Schicht des Rohres (1) oder Rohrformteils (1‘) bildet, angeordnet ist.
Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Schichten (1.1, 1.2, 3) modifiziert ist.
Mehrschichtiges Rohr (1) oder mehrschichtiges Rohrformteil (1‘), insbesondere ein Verbindungselement, ein Rohrbogen, ein Rohrabzweig, ein T-Stück, eine Muffe oder eine Elektroschweißmuffe, hergestellt unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Polymermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Rohranordnung mit mindestens einem mehrschichtigen Rohr (1) oder mindestens einem mehrschichtigen Rohrformteil (1‘) nach Anspruch 8.
Erdwärmegewinnungs- oder -speichervorrichtung mit einer Rohranordnung mit mindestens einem mehrschichtigen Rohr (1) oder mindestens einem mehrschichtigen Rohrformteil (1‘) nach Anspruch 9.