DE3032110A1

DE3032110A1 - Heat exchanger for geothermal heating system - has tubes with pointed tips for driving into ground with increased dia. at tube transition

Info

Publication number: DE3032110A1
Application number: DE19803032110
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. 1000 Berlin Hampe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1982-04-01

Abstract

The heat exchanger consists of tubes (1) driven into the soil like piles. The end of the tube (1) is fitted with a conical tip (2) with a maximum diameter (D) at the transition point, which is about ten percent greater than the tube diameter (d). When the tube is driven into the ground a hole of the max. diameter (D) is initially formed and provides clearance for the tube. It has been found that there is a relaxation of the ground which causes the diameter of the hole to shrink gradually in a way meeting an exponential law, until after about 24 hours the hole closes around the outer surface of the tube. The conical tip may be pressed or screwed into the tube. The diameter of the tube is 25 mm making it particularly suitable for small installations.

Description

Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft ein Erdwärmegewinnungssystem der im Oberbegriff des Anspruch 1 angegebenen Art.The invention relates to a geothermal energy recovery system in the preamble of claim 1 specified Art.

Obgleich mit vertikalen Wärmetauscherelementen arbeitende Erdwärmegewinnungssysteme gegenüber horizontal verlegten Wärmetauschern, die bekannterweise mäanderförmig in der Nähe der Oberfläche im Erdreich verlegte Rohrschlangen bilden, eine Anzahl von Vorteilen aufweisen, ist ihre Einsatzmöglichkeit.derzeit zu derzeit beschränkt, da die zum Einbringen der Elemente in das Erdreich verwendeten Vorrichtungen aus der Brunnenbautechnik stammen. Derartige Baugeräte können nicht in angelegte Gärten von Ein- oder Zweifamilienhäusern gelangen, ohne daß relativ große Zerstörungen angerichtet werden. Dazu kommt, daß bei vielen derartigen Häusern gar keine Zufahrtsmöglichkeit zu der für die Aufnahme von Wärme tauscherelementen geeigneten Grundstücksfläche besteht. Damit kann ein mit vertikal angeordneten Wärmetauschern arbeitendes Erdwärmegewinnungssystem vielfach nicht zur Anwendung gelangen, obgleich es aufgrund seiner übrigen Betriebvorteile vorzuziehen wäre.Geothermal energy recovery systems, albeit with vertical heat exchanger elements compared to horizontally installed heat exchangers, which are known to be meandering coils laid in the ground near the surface form a number have advantages, their application is currently limited to currently, as the devices used to insert the elements into the ground originate from well construction technology. Such construction equipment cannot be used in landscaped gardens from one- or two-family houses without causing relatively large damage be served. In addition, many of these houses have no access at all to the property area suitable for accommodating heat exchanger elements consists. This enables a geothermal energy recovery system that works with vertically arranged heat exchangers often not be used, although it is due to its other operational advantages would be preferable.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erdwärmegewinnungssystem der obengenannten Gattung anzugeben, dessen Wärmetauscherelemente sich mit Geräten in das Erdreich einbringen lassen, welche eine geringe Baugröße aufweisen und insbesondere unabhängig von Fahrzeugen transportabel sind, die die Größe von Kleinlastwagen haben. Dabei soll der Wärmeübergang zwischen Erdreich und Wärmetauscherelementen so beschaffen sein, daß er einen optimalen Wirkungsgrad der Anlage während ihrer gesamten Betriebszeit sicherstellt.The invention specified in claim 1 is based on the object to specify a geothermal energy system of the above type, its heat exchanger elements can be brought into the ground with devices that are small in size have and in particular are transportable independently of vehicles that have the Size of pickup trucks. The heat transfer between soil and heat exchanger elements be designed so that it has an optimal efficiency of the system during its entire operating time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des- Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified features.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine unproblematischen Einbringung der Wärmetauscherelemente ins Erdreich nur dann möglich ist, wenn statt aufwendiger (Spül-) Bohrtechniken ein Rammverfahren verwendet wird, wobei die Rammvorrichtungen um so kleiner ausgebildet sein können, je kleiner auch die Wärmetauscherelemente ausgebildet sind. Hier schien jedoch zunächst ein Widerspruch derart zu bestehen, daß die Oberfläche eines mit gutem Ergebnis arbeitenden Wärmetau.scterelementes stets möglichst groß sein sollte, was nach Ansicht der Fachwelt bestimmte Mindestabmessungen erforderlich machte, die zu unterschreiten nur mit einem beträchtlichen Nirkiuingsverlust erkauft werden kann.The invention is based on the knowledge that an unproblematic Bringing the heat exchanger elements into the ground is only possible if instead more complex (flushing) drilling techniques a ramming method is used, the ramming devices the smaller the heat exchanger elements, the smaller they can be are trained. At first, however, there seemed to be a contradiction in terms of that the surface of a Wärmetau.scterelementes working with good results should always be as large as possible, which, in the opinion of experts, has certain minimum dimensions made it necessary to fall below this only with a considerable loss of value can be bought.

Auch die übrigen bei der Wärmetauschertechnik einzuhaltenden Randbedingungen sprachen bisher eher,geg;en eine Anwendung der Rammtechnik. So wird - insbesondere bei der Verwendung kleiner Rammkräfte - verlangt, daß. die Reibung der Elemente in bezug auf das Erdreich beim Eintreiben möglichst klein sein soll. Dem steht die Notwendigkeit eines besonders guten Kontaktes zwischen Wärmetauscherelement und Erdreich im Betiebszustand gegenüber, da durch diesen Kontakt der Wärmeübergangswiderstand bestimmt wird.Also the other boundary conditions to be observed in the heat exchanger technology previously spoke rather against an application of the pile driving technique. So will - in particular when using small ramming forces - requires that. the friction of the elements should be as small as possible in relation to the ground when driving. That stands the Necessity of a particularly good contact between the heat exchanger element and Earth in the operating state opposite, because this contact creates the heat transfer resistance is determined.

Erdwärmegewinnungssystem müssen eine gewisse Mindestlänge aufweisen, damit die mit der vertikalen Anordnung verbundenen Vorteile, wie geringe Klimabeeinflussung, großes für die Wärmeenergiegewinnung nutzbare Erdvolumen und die vergrößerte Wahrscheinlichkeit, Erdschichten von oberflächennahem Grundwasser mit hoher Wärmeleitung und Wärmekapazitat zu erreichen, genutzt werden können, was el)enlalls der Forderung nach kleinen Vorrichtungen zur Einbringung der Wärmetauscher in das Erdreich zuwiderläuft.Geothermal energy systems must have a certain minimum length exhibit, thus the advantages associated with the vertical arrangement, such as low climatic influence, large volume of earth usable for heat energy generation and the increased probability Earth layers of near-surface groundwater with high heat conduction and heat capacity To achieve, what el) enlalls the requirement for small devices can be used runs counter to the introduction of the heat exchanger into the ground.

Bevorzugte Weiterbildungen, welche in den Unteransprüchen angegeben und anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele näher dargestellt sind, haben daneben ein Verbindersystem und Rammvorrichtungen in zwei Ausführungsformen zum Gegenstand, welche die genannte Erdwärmegewinnungsanordnung zu einem System ergänzen, das geeignet ist; eine weite Verbreitung zu erfahren.Preferred developments which are specified in the subclaims and illustrated in more detail using the exemplary embodiments described below are, besides have a connector system and ramming devices in two embodiments to the subject, which the said geothermal energy system to a system complement that is appropriate; to experience widespread use.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Einbringung der Wärmetauscherelemente ohne Einschaltung von Spezialfirmen, wie beispielsweise für die Brunnenbautechnik oder für Erdbauarbeiten, von denjenigen Handwerksbetrieben ausgeführt werden kann, welche auch für die Installation der übrigen Heizungsanlage verantwortlich sind. Eine Rammvorrichtung, wie sie hier beansprucht wird, kann in einer Baugröße hergestellt werden, die sich im Kofferraum eines normalen Personenkraftwagens unterbringen läßt.It is particularly advantageous that the introduction of the heat exchanger elements without the involvement of specialist companies, such as for well construction technology or for earthworks that can be carried out by those craft businesses who are also responsible for installing the rest of the heating system. A ramming device as claimed here can be produced in one size that can be accommodated in the trunk of a normal passenger car.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden bei der nachstehenden Darstellung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Spitze des erfindungsgemäßen rohrförmigen Wärmetauscherelementes, Figur 2 den Bereich zweier aufeinanderfolgender Außenrohre des Wärmetauscherelementes gemäß Figur 1, Figur 3 eine Rammvorrichtung für ein Wärmetauscherelement gemäß Figuren 1 und 2, Figur 4 einen Klemmkegel für eine Rammvorrichtung gemäß Figur 3, Figur 5 eine weitere Ausführungsform einer Rammvorrichtung für ein rohrförmiges Wärmetauscherelement und Figur 6 eine Detaildarstellung des Antriebs für den Rammklotz der Rammvorrichtung gemäß Figur 5.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims marked or are shown in the following illustration of a preferred embodiment the invention described in more detail. Show it: Figure 1 shows an embodiment the tip of the tubular heat exchanger element according to the invention, Figure 2 den Area of two consecutive outer tubes of the heat exchanger element according to Figure 1, Figure 3 a ramming device for a heat exchanger element according to figures 1 and 2, FIG. 4, a clamping cone for a ramming device according to FIG. 3, FIG 5 shows a further embodiment of a ramming device for a tubular heat exchanger element and FIG. 6 shows a detailed representation of the drive for the ramming block of the ramming device according to Figure 5.

Bei der in Figur 1 dargestellten Spitze eines rohrförmigen Erdwärmetauschers ist in dem Ende eines aus verzinktem Eisen bestehenden Außenrohrs 1 eine Spitze 2 vorgesehen, welche einen Durchmesser D aufweist, der den Außendurchmesser d des Außenrohrs geringfügig übertrifft. Die Spitze 2 ist in das Rohrende mittels eines Gewindes eingeschraubt, welches entfallen kann, wenn die Spitze mit dem Endrohr von vorn herein dauerhaft verbunden ist oder aber an das Rohr angeformt ist. Das Übermaß des Außendurchmessers der Spitze in bezug auf den Durchmesser des Außenrohrs schafft den zum leichtgängigen Einrammen des Rohrs durch ein verhältnismäßig kleines Rammgewicht (ungefähr 20 kg bei einem Rohrdurchmesser von ca. 25 mm) notwendigem Freiraum.At the tip of a tubular geothermal heat exchanger shown in FIG is a tip in the end of an outer pipe 1 made of galvanized iron 2 is provided, which has a diameter D which corresponds to the outer diameter d of the Outer tube slightly exceeds. The tip 2 is in the pipe end by means of a Thread screwed in, which can be omitted if the tip with the tailpipe is permanently connected from the outset or is molded onto the pipe. That Oversize of the outside diameter of the tip with respect to the diameter of the outer tube creates the for easy driving of the pipe through a relatively small one Ram weight (approx 20 kg with a tube diameter of approx. 25 mm) required clearance.

Da bei betriebsfähigem Wärmetauscherelement der Wärmekontakt des Erdreichs mit dem Außenrohr eine besondere Rolle spielt und insbesondere bei Einbringung eines der ErKundung des Bodens dienenden repräsentativen Meßelementes nach einem definierbaren Zeitpunkt spätestens hergestellt sein muß, bereitete die Wahl der Durchmesserdifferenz D - d bisher beträchtliche Schwierigkeiten. Es wurde jedoch gefunden, daß, da das Relaxationsvermögen des Erdreichs einen exponentiellen Verlauf hat, es lediglich sichergestellt sein muß, daß der Erdschluß innerhalb einiger Stunden nach dem Einrammen des Elementes eingetreten ist. Erdschluß bedeutet dabei, daß dem weiteren Einrammen des Wärmetauscherelementes mit einem 20 kg-Gewicht ein so großer Widerstand entgegengesetzt wird, daß praktisch kein weiteres Vorantreiben in das Erdreich möglich ist. Damit ist sichergestellt, daß spätestens innerhalb von 24 Stunden der Druck des umgebenden Erdreiches auf das Wärmetauscherelement so weit zugenommen hat, daß der Wärmetransport sich vom Endzustand nicht mehr wesentlich unterscheidet. Während der Bereich einiger Stunden also derjenige ist, in dem der exponentielle Verlauf der elastischen Rückformung des Erdreiches in der graphischen Darstellung noch relativ steil verläuft, ist nach ungefähr einem Tag ein Bereich erreicht, in dem der zugehörigen graphischen Darstellung die Funktion nur noch eine verhältnismäßig geringe Steigung aufweist und sich einer horizontalen Geraden deutlich asymptotisch annähert.Because when the heat exchanger element is operational, there is thermal contact with the ground plays a special role with the outer tube and especially when introducing a the exploration of the soil serving representative measuring element after a definable Time must be established at the latest, prepared the choice of the diameter difference D - d so far considerable difficulties. However, it has been found that since the Relaxation power of the earth has an exponential course, it only it must be ensured that the earth fault occurs within a few hours after driving of the element has occurred. Earth fault means that the further ramming of the heat exchanger element with a weight of 20 kg provides such a great resistance becomes that practically no further advancement into the ground is possible. In order to it is ensured that within 24 hours at the latest the pressure of the surrounding Soil has increased on the heat exchanger element that the heat transport no longer differs significantly from the final state. While the area of some Hours is the one in which the exponential course of the elastic recovery of the earth is still relatively steep in the graph, is after about a day reached a range in which the associated graph the function only has a relatively small slope and one asymptotically approximates horizontal straight lines.

Für verschiedene Bodenarten wird der Überdurchmesser D - d jeweils entsprechend den physikalischen Eigenschaften des Bodens ausgewählt. Das kann bei bekannter Bodenart durch Tabellen oder aber durch ein probeweises Einrammen eines Wärmetauscherelementes erfolgen, wobei die Spitzen bevorzugt so gestuft sind, daß. die nächstgrößere Spitze das für den jeweiligen Boden richtige Übermaß aufweist, wenn ein mit der jeweils kleineren Spitze versehenes Element sich noch höchstens um eine vorbestimmte Länge einrammen läßt.For different types of soil the oversize diameter D - d respectively selected according to the physical properties of the soil. That can with known soil type through tables or through a trial ramming of one Heat exchanger element take place, the tips are preferably stepped so that. the next larger point is the correct oversize for the respective soil, if an element provided with the smaller point is still at most can be driven in by a predetermined length.

Als überraschender Vorteil bei der Erfindung erweist sich, daß das Relaxationsverhalten des Erdreichs tiefenabhängig ist, d.h. zu größeren Tiefen hin, wegen des dort herrschenden größeren Drucks, sich der Erdanschluß schneller einstellt. Damit wird erreicht, daß sich bei üblichen Rammgeschwindigkeiten der Erdanschluß über die ganze Länge des Wärmetauscherelements in einem eng begrenzten Zeitraum einstellt, wobei die erfindungsyemäß einzustellenden Parameter sich auf die Erdoberfläche beziehen.A surprising advantage of the invention proves that the The relaxation behavior of the soil is depth-dependent, i.e. towards greater depths, because of the greater pressure prevailing there, the earth connection is established more quickly. This ensures that the earth connection is closed at normal pile-driving speeds over the entire length of the heat exchanger element in a narrowly limited period of time adjusts, whereby the parameters to be adjusted according to the invention relate to the surface of the earth relate.

In Figur 2 ist die Verbindungsstelle zweier aufeinanderfolgender ein WärmetauschereFlement bildender Außenrohre dargestellt, wobei zum erleichterten Rammen einzelne Rohrteile-nacheinander in den Erdboden eingebracht und jeweils miteinander verbunden werden, wenn das vorangehende Rohrelement nahezu vollständig versenkt ist. Zum Verbinden der aufeinanderfolgenden Rohrteilelemente 3 und 4 dient eine Innenmuffe 5, welche in ihrem Mittelbereich einen die Bewegung der Rohrteilelemente beim Verbinden begrenzenden Flansch 6 enthält, dessen Außendurchmesser d der Rohrteilelemente entspricht, und im übrigen ein Außengewinde aufweist, welches dem Innengewinde an den Endbereichen der Rohrteilelemente 3 und 4 angepaßt ist. Der Innendurchmesser der Innenmuffe 5 ist so gewählt, daß ein koaxiales Innenrohr zum Zurückführen des Wärmetransportmediums mit für den Fluß des Mediums in entgegengesetzter Richtung genügendem Abstand einführbar ist. Die Stärke des Flansches 6 nimmt in radialer Richtung zu, um, bei entsprechend angepaßten Enden der Rohrteilelemente 3 und 4, zentrierend zu wirken.In Figure 2, the junction of two consecutive one is Outer tubes forming heat exchangers are shown, with the aid of facilitating Ramming individual pipe parts-one after the other introduced into the ground and each with one another be connected when the preceding pipe element is almost completely sunk is. To connect the successive pipe sub-elements 3 and 4 is used Inner sleeve 5, which in its central area a movement of the pipe sub-elements when connecting the limiting flange 6 contains the outer diameter d of the tubular part elements corresponds, and otherwise an external thread has, which the Internal thread at the end regions of the tubular part elements 3 and 4 is adapted. Of the Inner diameter of the inner sleeve 5 is chosen so that a coaxial inner tube for Returning the heat transport medium with for the flow of the medium in the opposite direction Direction of sufficient distance can be introduced. The strength of the flange 6 increases radial direction to, with appropriately adapted ends of the tubular part elements 3 and 4 to have a centering effect.

Das Gewinde kann in den Fällen weggelassen werden, wenn auf ein späteres Wiederausziehen der Wärmetauscherelemente aus dem Erdreich verzichtet werden kann.The thread can be omitted in cases where a later one Removal of the heat exchanger elements from the ground can be dispensed with.

Die Verbindungsstelle zweier aufeinanderfolgender Rohrelemente 3 und 4 ist von einem Dichtungselement aus einem schrumpfenden PE- oder PVC-Schlauchmaterial versehen, der über die Rohrverbindung geschoben und dort erwärmt wird.The junction of two successive tubular elements 3 and 4 is a sealing element made of a shrinking PE or PVC hose material provided, which is pushed over the pipe connection and heated there.

Mit einem derartigen Schrumpfschlauch ist es möglich, aufeinanderfolgende Rohrteilelemente schnell und dauerhaft abzudichten. Bei der erfindungsgemäßen Erdwärmegewinnungsvorrichtung bilden die Verbindungsstellen aufeinanderfolgender Rohrteilelemente 3 und 4 umgebenden Schrumpfschläuche 7 eine zusätzliche Führungsfunktion beim Einrammen der Elemente. Das Übermaß der Rammspitze 2 ist nämlich so bemessen, daß ein Einbringen auch längerer Wärmetauscherelemente mit einem kleinen Rammgewicht möglich ist. Da hierbei auch gewisse Rohrtoleranzen und geringere Rohrkrümmungen bzw. Krümmungen des Verlaufs der durch Rammen erzeugten öffnung hingenommen werden müssen, besteht die Gefahr, daß - insbesondere bei längeren Wärmetauscherelementen - das in der öffnung ein gewisses Spiel aufweisende Rohr bei Rammschlägen elastisch seitlich ausweicht. Dieses Ausweichen würde gerade die Wirkung eines kleines Rammgewichtes entscheidend vermindern und in einigen Fällen ein weiteres Eintreiben des Wärmetauscherelementes in das Erdreich unmöglich machen, Nun ist der Außendurchmesser D' der Schrumpfschläuche im auf das Außenrohr des Wärmetauscherelementes aufgeschrumpften Zustand aber so bemessen, daß es im wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser D der ein Übermaß aufweisenden Rammspitze 2. Damit üben die die Verbindungsstellen aufe inanderfolgender Rohrelemente dichtenden Schrumpfschläuche 7 eine Führungsfunktion für das Rohr in der durch Rammen erzeugten Öffnung aus, welche wesentlich zur Erleichterung dieses Arbeitsvorgangs beiträgt. Ihre Wirkung wird noch dadurch unterstützt, daß sie - in den durch die Länge der einzelne Rohrabschnitte bildenden Teilelemente bestimmten Abständen - für eine geringfügige erneute Aufweitung der Rammöffnuny sorgen und damit auch bei weichem Erdreich ein unproblematisches Eindringen der Wärmetauscherelemente ermöglichen.With such a shrink tube, it is possible to sequentially To seal pipe part elements quickly and permanently. In the geothermal energy recovery device according to the invention form the connection points of successive tubular part elements 3 and 4 surrounding Shrink tubing 7 an additional guide function when driving the elements. The excess of the ram tip 2 is so dimensioned that it can also be introduced for a longer period of time Heat exchanger elements with a small ram weight is possible. Because here too certain pipe tolerances and smaller pipe bends or curvatures of the course the opening created by ramming must be accepted, there is Danger, that - especially with longer heat exchanger elements - the one in the opening Tube exhibiting a certain amount of play elastically yields to the side during pile driving. This Dodging would significantly reduce the effect of a small ram weight and in some cases further driving the heat exchanger element into the Make soil impossible, Now the outer diameter D 'is the shrink tubing but in the state shrunk onto the outer tube of the heat exchanger element dimensioned so that it is substantially equal to or slightly smaller than the outer diameter D of the ramming point 2, which is oversized. With this, they practice the connection points on consecutive pipe elements sealing shrink tubing 7 a guiding function for the pipe in the opening created by ramming, which is essential for relief contributes to this work process. Their effect is further supported by the fact that they - in the sub-elements formed by the length of the individual pipe sections certain distances - for a slight renewed widening of the ramming opening and thus an unproblematic penetration of the Allow heat exchanger elements.

Das Aufbringen der die Verbindungsstellen umgebenden Schrumpfschläuche 7 wird bei Rammvorrichtungen wesentlich erleichtert, wie sie in den Figuren 3 und 5 dargestellt sind und im folgenden näher beschrieben werden sollen.The application of the shrink tubing surrounding the connection points 7 is made much easier with ramming devices, as shown in FIGS 5 are shown and are to be described in more detail below.

Diese Rammvorrichtungen benötigen keine zusätzlichen Tragkonstruktionen für das Rammgewicht. Die aufeinanderfolgenden Rohrteilelemente können kontinuierlich verarbeitet werden, ohne daß es bei einem Zusammenfügen der Rohrteil- elemente eines Abnehmens der Rammvorrichtung bedarf. So erfolgt auch das Verbinden der Rohrteilelemente direkt vor Ort, wobei die Abmessungen der Rammvorrichtung so gewählt sind, daß sie auch über den bereits aufgebrachten Schrumpfschlauch 7 geschoben werden können, der ebenfalls an Ort und Stelle zweckmäßigerweise bereits vor dem Verbinden auf das nachfolgende Rohrelement aufgeschoben ist und nach dem Positionieren lediglich durch eine geeignete Erwärmungsvorrichtung im Verbindungsbereich fixiert werden muß.These ramming devices do not require any additional supporting structures for the ram weight. The successive tubular sub-elements can be continuous can be processed without it being elements the ramming device needs to be removed. This is also how the pipe part elements are connected directly on site, the dimensions of the piling device are chosen so that they can also be pushed over the already attached shrink tube 7, which is also on the spot, expediently before connecting the following tubular element is pushed on and only after positioning be fixed by a suitable heating device in the connection area got to.

Die in Figur 3 dargestellte Rammvorrichtung wird auf das mit einer Spitze 2 versehene Außenrohr aufgesetzt und weist eine einen Klemmkegel 8 und ein entsprechendes Gegenelement 9 mit kegelförmiger Ausnehmung aufweisendes Halteelement auf. Der Klemmkegel 8 ist - wie noch anhand von Figur 4 dargestellt werden wird - geteilt und weist in seinem Inneren, an dem Rohr 1 anliegenden Bereich eine Gummilage 10 auf. Das Gegenelement 9 liegt mit seiner kegelförmigen Ausnehmung auf dem Außenkegel des Elementes 8 auf und preßt diesen zusammen, so daß die Überleitung sowohl der Rammkräfte als auch der Tragkräfte für eine Aufzugsvorrichtung für ein Rammgewicht 12 möglich ist. Die Aufzugsvorrichtung 11 besteht aus einer Antriebskette mit zwei Kettenrädern 14 und 15, die von einem nicht dargestellten Elektromotor in Umdrehung versetzt werden. An der Kette 13 sind Mitnehmer 16 und 17 für das Rammgewicht 12 vorgesehen, welche letzteres jeweils um einen festen Hub anheben, um es freizugeben, wenn der jeweils im Eingriff befindliche Mitnehmer die obere Umlenkrolle 15 passiert.The ramming device shown in Figure 3 is on the with a Tip 2 provided outer tube and has a clamping cone 8 and a corresponding counter element 9 with a conical recess having holding element on. The clamping cone 8 is - as will be shown with reference to FIG - divided and has a rubber layer in its interior, on the pipe 1 adjacent area 10 on. The counter element 9 lies with its conical recess on the outer cone of the element 8 and presses it together, so that the transfer of both the Ramming forces as well as the load-bearing forces for an elevator device for a ramming weight 12 is possible. The elevator device 11 consists of a drive chain with two Sprockets 14 and 15 rotating by an electric motor (not shown) be moved. On the chain 13 there are drivers 16 and 17 for the ram weight 12 provided, which lift the latter by a fixed stroke to release it, when the respective engaging driver passes the upper deflection roller 15.

Das herabfallende Rammgewicht 12 trifft auf die obere Fläche des Gegenstücks 9 auf, welches den vom Rammgewicht 12 aufgebrachten Impuls auf den Klemmkegel 8 und das Rohr 1 überträgt, das damit ein weiteres Stück in das Erdreich getrieben wird. Ein Befestigungselement lla für Aufzugsvorrichtung 11 weist eine schockabsorbierendes Element auf, welches die Rammstöße von den Lagern der Antriebsmittel fernhält.The falling ram weight 12 hits the upper one area of the counterpart 9, which the impulse applied by the ram weight 12 to the Clamping cone 8 and the pipe 1 transmits, which thus another piece in the ground is driven. A fastening element 11a for elevator device 11 has a shock-absorbing element, which the rams from the bearings of the drive means keep away.

In Figur 4 ist der bei der Anordnung gemäß Figur 3 verwendete Klemmkegel in der Ansicht von unten dargestellt. Er ist in vier viertelkreisförmige Elemente 18 bis 21 aufgeteilt, wobei an den Schnittstellen der Segmente jeweils Bohrungen vorgesehen sind, welche pro Schnittstelle je eine Schraubenfeder 22 bis 25 aufnehmen können. Die den Reibschluß mit dem in das Erdreich einzutreibenden Rohr des Wärmetauscherelementes sicherstellende Gummilage 10 ist ebenfalls in vier Segmente aufgeteilt. Die dargestellte Aufteilung bewirkt, daß einerseits durch die Wirkung der kegeligen Innenfläche des Gegenstücks 9 eine gleichmäßige Anpressung der Gummilage 10 an das Rohr 1 erreicht wird, diese Anordnung sich aber ohne besonderen Kraftaufwand selbstätig wieder löst, wenn die Rammvorrichtung zum weiteren Eintreiben des Rohrs 1 nach oben verschoben werden muß. Dabei ist der Innendurchmesser des geöffneten Klemmkegels 8 so bemessen, daß er ohne weiteres über den Außendurchmesser D' des Schrumpfschlauches 7 hinweggeführt werden kann.The clamping cone used in the arrangement according to FIG. 3 is shown in FIG shown in the view from below. It is in four quarter circle elements 18 to 21 divided, with holes at the interfaces of the segments are provided, which each receive a coil spring 22 to 25 per interface can. The frictional engagement with the pipe of the heat exchanger element to be driven into the ground Ensuring rubber layer 10 is also divided into four segments. The one shown Division causes that on the one hand by the effect of the conical inner surface of the Counterpart 9 a uniform pressing of the rubber layer 10 on the pipe 1 is achieved , but this arrangement releases itself again without any special effort, when the ramming device is moved upwards for further driving of the pipe 1 must become. The inner diameter of the opened clamping cone 8 is dimensioned so that that it is easily passed over the outer diameter D 'of the shrink tube 7 can be.

Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform einer Rammvorrichtung, handeltes sich ebenfalls um eine solche, die einfach zu handhaben und zu transportieren ist. Der in Figur 4 dargestellte Klemmkegel wird auch bei dieser Anordnung verwendet. Die entsprechenden Teile weisen daher Bezugszeichen auf, wie sie auch in Figur 3 benutzt werden.In the embodiment of a piling device shown in Figure 5, it is also one that is easy to handle and transport is. The in Figure 4 shown clamping cone is also in this Arrangement used. The corresponding parts therefore have reference numerals, such as they are also used in FIG.

Das Rammgewicht 12' weist bei der hier dargestellten Ausführungsform jedoch ein Seil 26 auf, welches von einem mit einer Schnurscheibe versehenen Motor 27 angetrieben ist.The ram weight 12 'has in the embodiment shown here however, a rope 26 which is driven by a motor provided with a pulley 27 is driven.

Zur Umlenkung des Seils 26 ist eine am Rohr 1 anzubringende selbsthaltende Vorrichtung 28 mit einer Umlenkrolle 29 vorgesehen, welche schon durch ihr Eigengewicht mittels zweier Stifte 30 und 31, die ein Klemmoment erzeugen, in einer vorgegebenen Höhe in bezug auf das Element 1 festgehalten ist. Der Motor 27 ist auf einem mit Erdnägeln 32 und 33 versehenen Tisch 34 angeordnet, welcher über eine Distanzstange 35 von dem Wärme tauscherelement 1 in einem definierten Abstand gehalten wird, so daß die über das Seil 26 ausgeübte Zugkraft aufgenommen wird. Mittels des Antriebs 27 wird das Rammgewicht 12' jeweils um einen vorgegebenen Längenbetrag angehoben, bevor es durch Ausklinken der Schnurscheibe wieder freigegeben wird, um auf das Gegenstück 9 herabzufallen. Bemerkenswert ist dabei, daß, da die Umlenkvorrichtung 28 fest mit dem Rohr 1 verbunden ist und die Länge des Seils 26 zwischen der Seilscheibe des Antriebs 27 und der Umlenkrolle 29 im wesentlichen konstant ist, die Seilscheibe stets eine Umdrehung im selben Winkelbereich ausführt, ein Nachgeben des Seils 26 mit zunehmend in das Erdreich eindringendem Rohr 1 also nicht erforderlich ist. Hiermit ist auch eine wesentliche Vereinfachung des Antriebs der in Figur 6 separat dargestellt ist, gegenüber bekannten Anordnungen verbunden. Die Länge der Distanzstange wird bevorzugt so gewählt werden, daß sich die Fallhdhe des Rammgewichts im vorgesehenen Rammbereich nur unwesentlich ändert.To deflect the rope 26, a self-retaining one to be attached to the pipe 1 is required Device 28 is provided with a pulley 29, which by its own weight by means of two pins 30 and 31, which generate a clamping torque, in a predetermined Height with respect to the element 1 is recorded. The motor 27 is on a with Pegs 32 and 33 provided table 34 arranged, which over a spacer rod 35 is held by the heat exchanger element 1 at a defined distance, so that the tensile force exerted on the rope 26 is absorbed. By means of the drive 27 the ram weight 12 'is raised by a predetermined length, before it is released again by releasing the cord disc to access the Counterpart 9 falling down. It is noteworthy that, since the deflection device 28 is firmly connected to the tube 1 and the length of the rope 26 between the pulley of the drive 27 and the pulley 29 is essentially constant, the pulley always performs one revolution in the same angular range, yielding of the rope 26 with pipe 1 increasingly penetrating into the ground, it is therefore not necessary. This also significantly simplifies the drive in FIG. 6 separately is shown connected to known arrangements. The length of the spacer bar is preferably chosen so that the height of fall of the ram weight is within the intended The ramming area changes only marginally.

Ein Antriebsmotor 36 trägt am Ende eine Antriebswelle 37, einen Mitnehmerstift 38, der die Schnurscheibe 39 über eine Mitnehmernase 40 antreibt, solange der Stift 38 mit dieser in Eingriff ist. Die Schnurscheibe 39 ist auf der Antriebsachse des Motors frei verschieblich, wird aber durch eine Schraubenfeder 41 in der eingerückten Position gehalten. Die Schnurscheibe 39 ist mittels einer Stellschraube 42 mit einem Auslösering 43 verbunden, welcher eine Kurvenscheibe 44 trägt, die auf einer Achse 45 befestigten Druckrolle 46 abrollt. Gelangt nun eine im Verlauf der Steuerkurve 44 vorgesehene Erhebung 47 in den Bereich der Druckrolle 46, so wird die Schnurscheibe 39 gegen die Wirkung der Schraubenfeder 41 in Richtung auf den Antriebsmotor 36 verschoben und damit die Mitnehmernase 40 vom Stift 38 freigegeben. Durch die so erfolgte Auskupplung des Anstriebs kann das Rammgewicht frei herabfallen und einen Schlag auf das Gegenstück 9 ausüben. Da die Antriebsachse 37 des Motors (mit genügender Untersetzung) inszwischen weiterdreht und die Erhebung 47 der Steuerkurve 44 aus dem Bereich der Druckrolle 46 fortbewegt ist, kann der Mitnehmerstift 38 im Verlauf der nächsten Umdrehung der Achse 37, die Mitnehmernase 40 wieder mitnehmen, wodurch das Rammgewicht für einen erneuten Schlag angehoben wird.A drive motor 36 carries at the end a drive shaft 37, a driving pin 38, which drives the cord pulley 39 via a driver nose 40, as long as the pin 38 is engaged with this. The cord pulley 39 is on the drive axis of the Motor is freely displaceable, but is engaged by a coil spring 41 in the Position held. The cord pulley 39 is by means of an adjusting screw 42 with a Trigger ring 43 connected, which carries a cam 44 on an axis 45 attached pressure roller 46 rolls. Now you get one in the course of the control curve 44 provided elevation 47 in the area of the pressure roller 46, the cord disc 39 against the action of the helical spring 41 in the direction of the drive motor 36 moved and thus the driver nose 40 released from the pin 38. By the so If the drive is disengaged, the ram weight can fall down freely and cause a Apply a blow to the counterpart 9. Since the drive axle 37 of the motor (with sufficient Reduction) in the meantime continues to rotate and the elevation 47 of the control cam 44 off the area of the pressure roller 46 is moved, the driver pin 38 can in the course the next rotation of the axis 37, take the driver nose 40 again, whereby the ram weight is raised for a new impact.

Auch diese Variante der öffnungsgemäßen Rammvorrichtung ist leicht handhabbar, kann ohne Schwierigkeiten aufgestellt werden und auch bei der notwendigen Verbindung aufeinanderfolgender Elemente des Rohrs 1 ohne weiteres über die entstehenden Verbindungsstellen hinweggeführt werden.This variant of the ramming device according to the opening is also light manageable, can be set up without difficulty and also when necessary Connection of successive elements of the pipe 1 easily via the resulting Connection points are carried away.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Erdwärmegewinnungsvorrich tung A n s p r ü c h e 1. Erdwärmegewinnungsvorrichtung mit vertikal angeordneten, rohrförmigen Wärmetauscherelementen zur Aufnahme eines Wärmetransportmediums, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmetauscherelemente (1) zum Einrammen in das Erdreich eine Spitze (2) aufwei- sen, deren Außendurchmesser (D) in ihrem hinteren Bereich vergrößert ist und den Außendurchmesser (d) der Wärme auf scherelemente (1) übertrifft, wobei das übermaß des Durchmessers dem Relaxationsvermögen des umgebenden Erdreichs derart angepaßt ist, daß der Erdanschluß wenige Stunden nach dem Rammvorgang erreicht wird. Geothermal energy recovery device A n p r icts 1. Geothermal energy recovery device with vertically arranged, tubular heat exchanger elements for receiving a Heat transfer medium, d a d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that the heat exchanger elements (1) have a point (2) for ramming into the ground sen, whose Outside diameter (D) is enlarged in its rear area and the outside diameter (d) the heat on shear elements (1) exceeds, being the oversize of the diameter the relaxation capacity of the surrounding soil is adapted in such a way that the earth connection is reached a few hours after the pile-driving process.

2. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spitze (2) in das rohrförmige Wärmetauscherelement (l) einsteck-oder einschraubbar ist.2. geothermal energy recovery device according to claim 1, d a -d u r c h g It is not noted that the tip (2) is in the tubular heat exchanger element (l) can be plugged in or screwed in.

3. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das übermaß im wesentlichen 10% des Durchmessers ausmacht.3. geothermal energy recovery device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the excess is essentially 10% of the diameter.

4. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Durchmesser eines Wärme tauscherelements (1) im wesentlichen 25 mm beträgt.4. geothermal energy recovery device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the diameter of a heat exchanger element (1) is essentially 25 mm.

5. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Verbindungselement für aufeinanderfolgende Wärmeaustauscherteilelemente (3, 4) eine Muffe (7) aufweist, deren Außendurchmesser (D') im wesent- lichen gleich oder geringfügig kleiner als der vergrößerte Außendurchmesser (D) der Spitze (2) ist.5. geothermal energy recovery device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that a connecting element for successive Heat exchanger sub-elements (3, 4) have a sleeve (7), the outside diameter of which (D ') essentially lichen the same or slightly smaller than the enlarged Outer diameter (D) of the tip (2).

6. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Muffe (7) aus einem elastischen, eine Dichtung für das Wärmetransportmedium bildenden Werkstoff besteht.6. geothermal energy recovery device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the socket (7) is made of an elastic, there is a seal for the material forming the heat transport medium.

7. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Muffe (7) als Außenmuffe ausgebildet ist und aus einem Werkstoff besteht, der bei Erwärmung eine Schrumpfung erfährt.7. geothermal energy recovery device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the sleeve (7) is designed as an outer sleeve and consists of a material that shrinks when heated.

8. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Verbindungselement eine rohrförmige Innenmuffe (5) mit einem Flansch (6) aufweist, dessen Außendurchmesser im wesentlichen demjenigen des Wärmetauscherelements (1) entspricht, wobei die Stirnflächen des Flansches konisch mit in radialer Richtung zunehmender Flanschstärke ausgebildet sind.8. geothermal energy recovery device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h -n e t that the connecting element is tubular Has inner sleeve (5) with a flange (6), the outer diameter of which is substantially corresponds to that of the heat exchanger element (1), the end faces of the Conical flange with increasing flange thickness in the radial direction are.

9. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Innen-.muffe (5) ein Außengewinde aufweist, das dem Innengewinde angepaßt ist, mit dem die Enden der Abschnitte der Wärmetauscherteilelemente (3, 4) versehen sind.9. geothermal energy recovery device according to claim 8, d a -d u r c h g it is not shown that the inner socket (5) has an outer thread, that of the internal thread is adapted to the ends of the sections the heat exchanger sub-elements (3, 4) are provided.

10. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Raumvorrichtung ein Rammgewicht (12, 12') aufweist, welches eine zentrale, auf den Außendurchmesser. der Wärmetauscherelemente ti) abgestimmte durchgehende Ausnehmung aufweist und eine Klemmelement, welches aus einem inneren sich nach oben verjüngenden, geteilten Kegel (8) besteht, auf den ein eine entsprechende kegelförmige Ausnehmung aufweisendes Gegenelement (9.) derart aufsetzbar ist, daß die Oberkante des Gegenelementes vom herabfallenden Rammgewicht beaufschlagt und der Kegel zusammen- und gegen das Wärmetauscherelement (1) gepreßt wird. 10. Geothermal energy recovery device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that a space device is a ram weight (12, 12 '), which has a central, on the outer diameter. the heat exchanger elements ti) has coordinated through recess and a clamping element, which consists of an inner, upwardly tapering, divided cone (8) a counter element (9.) having a corresponding conical recess can be placed in such a way that the upper edge of the counter element from the falling ram weight applied and the cone pressed together and against the heat exchanger element (1) will.

11. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,.. daß das Wärmetauscherelement (1) die Führung für das Rammgewicht (12, 12') bildet.11. geothermal energy recovery device according to claim 10, d a -d u r c h g e k e n n n z e i h n e t, .. that the heat exchanger element (1) is the guide for the ram weight (12, 12 ') forms.

12. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine Feder (22 bis 25) vorgesehen ist, welche eine die Teilungsbereiche (18 bis 21) trennende Kraft ausübt.12. geothermal energy recovery device according to claim 10, d a -d u r c h it is not indicated that at least one spring (22 to 25) is provided, which exerts a force separating the dividing areas (18 to 21).

13. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kegel (8) mit einem Elastomer (10) bedeckte Klemmflächen aufweist.13. Geothermal energy recovery device according to claim 10, d a -d u r c h it is noted that the cone (8) covered with an elastomer (10) Has clamping surfaces.

14. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Antriebsvorrichtung mit einer Mitnehmervorrichtung vorgesehen ist, welche das Rammgewicht (12, 12') um gleichbleibende Höhendifferenzbeträge anhebt und mit dem einzurammenden Wärmetauscherelement (1) mitgeführt wird.14. geothermal energy recovery device according to claim 10, d a -d u r c h it is noted that a drive device with a driver device is provided, which the ram weight (12, 12 ') by constant height differences lifts and is carried along with the heat exchanger element (1) to be rammed in.

15. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Antriebsvorrichtung über ein schlagdämpfendes elastisches Element (lla) mit dem Klemmelement verbunden ist.15. Geothermal energy recovery device according to claim 14, d a -d u r c h it is noted that the drive device has a shock-absorbing device elastic element (lla) is connected to the clamping element.

16. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mitnahmevorrichtung aus einem in aufsteigender Richtung parallel zu der Richtung des einzurammenden Wärmetauscherelementes (1) umlaufenden bandförmigen Antriebselements (13) besteht, das mindestens einen Mitnehmer (16, 17) für das Rammgewicht (12) aufweist, welcher beim Passieren einer Umlenkrolle (15) das Rammgewicht selbsttätig freigibt.16. Geothermal energy recovery device according to claim 14, d a -d u r c h it is noted that the entrainment device consists of one in ascending order Direction parallel to the direction of the heat exchanger element to be driven in (1) circumferential belt-shaped drive element (13), the at least one driver (16, 17) for the ram weight (12), which when passing a pulley (15) automatically releases the ram weight.

17. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mitnahmevorrichtung für das Rammgewicht (12) aus einem Seil (26) und einer Seilscheibe (39) besteht, wobei die Seilscheibe oder eine Umlenkrolle (29) für das Seil mit dem einzurammenden Wärmetauscherelement (1) mitgeführt und die Seilscheibe nach jedem Rammschlag um einen vorgegebenen festen Drehwinkelbereich angetrieben wird.17. Geothermal energy recovery device according to claim 14, d a -d u r c h it is not indicated that the driving device for the ram weight (12) consists of a rope (26) and a pulley (39), the pulley or a pulley (29) for the rope with the heat exchanger element to be rammed (1) carried along and the sheave after each pile driving by a predetermined fixed Rotation angle range is driven.

18. Erdwärmegewinnungsvorrichtung nach Anspruch 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einer von dem einzutreibenden Wärmetauscherelement (1) entfernten Plazierung der Seilscheibe (39) die Länge des Seils (26) derart gewählt ist, daß innerhalb eines vorgewählten Rammbereichs der Hub des Rammgewichts (12) nur einer geringen Veränderung unterworfen ist.18. Geothermal energy recovery device according to claim 14, d a -d u r c h it is not indicated that in one of the heat exchanger element to be driven (1) remote placement of the pulley (39) selected the length of the rope (26) is that within a preselected driving range the stroke of the driving weight (12) is subject to only a minor change.