CH704620A2 - Sondenkopf für eine Erdsonde. - Google Patents

Abstract

Sondenkopf (1) für eine Erdsonde zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund, wobei der Sondenkopf (1) zumindest einen ersten Anschlussstutzen (3) für den Anschluss einer Sinkleitung der Erdsonde und zumindest einen zweiten Anschlussstutzen (5) für den Anschluss einer Steigleitung der Erdsonde und zumindest einen dritten Anschlussstutzen (7) zum Anschluss einer Zuführleitung (8) zur Erdsonde und zumindest einen vierten Anschlussstutzen (9) zum Anschluss einer, von der Erdsonde weg führenden Abführleitung aufweist, wobei der dritte Anschlussstutzen (7) und der vierte Anschlussstutzen (9) jeweils in einem Winkel zwischen 135° und 225° relativ, vorzugsweise parallel, zum ersten Anschlussstutzen (3) am Sondenkopf (1) angeordnet sind.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sondenkopf für eine Erdsonde zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund, wobei der Sondenkopf zumindest einen ersten Anschlussstutzen für den Anschluss einer Sinkleitung der Erdsonde und zumindest einen zweiten Anschlussstutzen für den Anschluss einer Steigleitung der Erdsonde und zumindest einen dritten Anschlussstutzen zum Anschluss einer Zuführleitung zur Erdsonde und zumindest einen vierten Anschlussstutzen zum Anschluss einer, von der Erdsonde weg führenden Abführleitung aufweist. Weiters betrifft die Erfindung auch eine Anordnung mit zumindest einer Erdsonde zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund und zumindest einem Sondenkopf. Darüber hinaus betrifft die Erfindung aber auch ein Verfahren zum Einbau einer Erdsonde mit einem Sondenkopf in den Untergrund zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund.

[0002] Erdsonden werden z.B. zur Gewinnung von geothermischer Wärme aus dem Untergrund eingesetzt. Sie bilden die Grundlage vieler moderner geothermischer Heizungseinrichtungen für Gebäude. Sie können aber auch als Teil einer Anlage zum Kühlen insbesondere von Gebäuden eingesetzt werden. In diesem Fall wird Wärme über die Erdsonden an den Untergrund abgegeben. Die Erdsonden werden im Betrieb von einem in der Regel flüssigen Wärmeträgermedium durchströmt, welches die thermische Energie bzw. Wärme durch die Wandungen der Erdsonde hindurch aufnimmt oder an den Untergrund abgibt. Das Wärmeträgermedium wird in einer Sinkleitung der Erdsonde in Richtung Sondenfuss gepumpt und steigt dann in einer Steigleitung wieder auf. Um die Sinkleitung und die Steigleitung der Erdsonde mit einer zur Erdsonde führenden Zuführleitung und einer von der Erdsonde weg führenden Abführleitung für das Wärmeträgermedium verbinden zu können, ist es bekannt, sogenannte Sondenköpfe einzusetzen. Diese werden in Einbaustellung in der Regel am oberen Ende der Erdsonde montiert und bilden das Anschlussstück der Erdsonde. Solche Sondenköpfe sind beim Stand der Technik T-förmig ausgebildet, wie dies auch in der WO 2008/106 699 A1 gezeigt ist. Die Sondenköpfe werden in der Regel erst nach dem Einbringen der Erdsonde in den Untergrund an dieser montiert. Falls die Erdsonde in ein Bohrloch eingebaut wird, muss hierzu zunächst das Bohrgestänge gezogen werden. Die Sondenköpfe werden meist nicht an der Erdoberfläche sondern ca. 1,5 m unter der Geländeoberkante und damit unter der Frostlinie an der Erdsonde befestigt. Dies bedeutet, dass der Sondenkopf an der nach oben offenen Erdsonde in einem entsprechend tiefen Loch im Untergrund montiert werden muss. Durch nachfallendes Erdreich bzw. Gestein kann es bei dieser Vorgehensweise dazu kommen, dass die Erdsonde vor oder beim Montieren des Sondenkopfes durch verschmutzt und im schlimmsten Fall verstopft wird.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit vorzuschlagen, bei der dies vermieden ist.

[0004] Hierzu wird ein Sondenkopf der oben genannten Art vorgeschlagen, bei dem vorgesehen ist, dass der dritte Anschlussstutzen und der vierte Anschlussstutzen jeweils in einem Winkel zwischen 135° und 225° relativ, vorzugsweise parallel, zum ersten Anschlussstutzen am Sondenkopf angeordnet sind.

[0005] Durch diese Massnahme baut der Sondenkopf samt seinen Anschlussstutzen für die Zuführleitung und die Abführleitung sehr schlank. Dies ermöglicht es, den Sondenkopf in einem Bohrgestänge an der Erdsonde zu montieren, oder die Erdsonde mit vormontiertem Sondenkopf ins Bohrgestänge einzubringen. Das Bohrgestänge verhindert dabei, dass Erdreich oder dergleichen vor oder während der Montage des Sondenkopfes an der Erdsonde bzw. der Einbringung der Erdsonde samt vormontiertem Sondenkopf, in die Erdsonde hineinfallen kann.

[0006] In diesem Zusammenhang sieht ein erfindungsgemässes Verfahren zum Einbau einer Erdsonde mit einem Sondenkopf in den Untergrund zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund vor, dass die Erdsonde zunächst innerhalb eines, in den Untergrund eingebrachten Bohrgestänges angeordnet wird und der Sondenkopf innerhalb des Bohrgestänges an der Erdsonde montiert wird oder die Erdsonde zunächst mit vormontiertem Sondenkopf in dem, in den Untergrund eingebrachten Bohrgestänge angeordnet wird und erst daran anschliessend das Bohrgestänge entfernt wird.

[0007] Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemässe Verfahren somit zwei Varianten vor. In der ersten Variante wird der Sondenkopf im Bohrgestänge an der Erdsonde montiert bzw. angebracht, bevor das Bohrgestänge gezogen, also aus dem Untergrund entfernt wird. In der zweiten Variante wird die Erdsonde samt bereits an der Erdsonde vormontiertem bzw. angebrachten Sondenkopf in das bereits in den Untergrund eingebrachte Bohrgestänge eingebracht, bevor das Bohrgestänge dann wiederum gezogen bzw. aus dem Untergrund entfernt wird. In beiden Fällen wird das eingangs geschilderte Problem mit nachfallendem Erdreich bzw. Gestein vermieden.

[0008] Bei bevorzugten Ausgestaltungsformen eines solchen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Sondenkopf mittels zumindest einer werkzeuglos verbindbaren Verbindung, vorzugsweise Steck- und/oder Rastverbindung, an der Erdsonde montiert wird. Günstigerweise sehen sowohl der erste Anschlussstutzen für den Anschluss an die Sinkleitung der Erdsonde als auch der zweite Anschlussstutzen für den Anschluss an die Steigleitung der Erdsonde jeweils eine entsprechende werkzeuglos verbindbare Verbindung, vorzugsweise Steck- und/oder Rastverbindung, vor. Denkbar sind auch entsprechende Schraubverbindungen an diesen Stellen. Werkzeuglos verbindbare Verbindungen sind in diesem Zusammenhang insbesondere solche Verbindungen, bei denen man zum Verbinden nicht mit Werkzeug im Verbindungsbereich angreifen bzw. hantieren muss. Bei Verfahrensvarianten, bei denen die Erdsonde samt vormontiertem Sondenkopf in das Bohrgestänge eingebracht wird, sind auch andere Arten der Befestigung des Sondenkopfes an der Erdsonde, wie z.B. Anschweissen, Ankleben und dergleichen möglich.

[0009] Die gleichen Verbindungsarten können auch zum Anschluss der Zuführleitung an den dritten Anschlussstutzen und/oder der Abführleitung an den vierten Anschlussstutzen des Sondenkopfes vorgesehen sein. Insbesondere die Zuführleitung und die Abführleitung können aber auch vorab in anderer Weise an den entsprechenden Anschlussstutzen des Sondenkopfes, z.B. durch Verschweissen oder Verkleben, befestigt werden.

[0010] Die Anschlussstutzen können bereichsweise rohrförmig ausgeführt sein.

[0011] Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass ein Sondenkopf im Allgemeinen ein Anschlussstück ist, mit dem die in der Erdsonde verlaufenden Leitungen, also die Sinkleitung(en) und die Steigleitung(en), mit ausserhalb der Erdsonde liegenden Leitungen, also Zuführleitung(en) und Abführleitung(en), verbunden werden.

[0012] Bei einer Erdsonde handelt es sich dabei im Allgemeinen um ein z.B. mittels Bohrung oder Rammverfahren in den Untergrund eingebautes Leitungssystem, welches von einem Wärmeträgermedium insbesondere einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden kann, um thermische Energie bzw. Wärme aus dem Untergrund zu gewinnen und/oder an den Untergrund abzugeben. Das Wärmeträgermedium bzw. die Wärmeträgerflüssigkeit wird der Erdsonde dabei über eine Zuführleitung zugeführt und über eine Abführleitung von der Erdsonde wieder weggeführt. Der Sondenkopf ist, wie gesagt, das Anschlussstück mit dem die Zuführleitung(en) und die Abführleitung(en) an die entsprechenden Sink- und Steigleitung(en) in der Erdsonde angeschlossen sind. Der Begriff der Erdsonde ist nicht dahingehend auszulegen, dass es sich um eine Sonde handelt, die nur in lockerem Erdreich eingebaut werden kann. Eine Erdsonde kann genauso gut in felsigen oder felsdurchsetzten Untergrund eingebaut werden. Erfindungsgemässe Sondenköpfe und Verfahren werden bevorzugt dann eingesetzt, wenn es sich bei der Erdsonde um eine Erdsonde handelt, bei der die Sinkleitung oder die Steigleitung zumindest bereichsweise innerhalb der jeweils anderen dieser beiden Leitungen angeordnet ist. Diese Erdsonden werden in der Praxis häufig auch als Koaxialsonden bezeichnet, obwohl gar nicht zwingend exakte Koaxialität zwischen Sink- und Steigleitung vorherrschen muss. Der Begriff des Austausche von thermischer Energie umfasst sowohl das Aufnehmen von Wärme aus dem Untergrund als auch das Abgeben von Wärme an den Untergrund.

[0013] Bei den Sink-, Steig-, Zuführ- und Abführleitungen handelt es sich in der Regel um Rohrleitungen, welche dem Transport von Wärmeträgermedium dienen und von diesem durchströmt werden können. Durch den erfindungsgemässen Winkel von zumindest 135° und maximal 225° zwischen dem dritten Anschlussstutzen und dem ersten Anschlussstutzen sowie zwischen dem vierten Anschlussstutzen und dem ersten Anschlussstutzen wird die oben bereits genannte schlanke Bauform sichergestellt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der dritte Anschlussstutzen und der vierte Anschlussstutzen jeweils in einem Winkel zwischen 170° und 190° relativ zum ersten Anschlussstutzen am Sondenkopf angeordnet sind. Besonders bevorzugt verlaufen sowohl der dritte Anschlussstutzen als auch der vierte Anschlussstutzen parallel zum ersten Anschlussstutzen des Sondenkopfes. Dabei kann der dritte Anschlussstutzen koaxial oder seitlich versetzt zum ersten Anschlussstutzen angeordnet sein. Das Gleiche gilt auch für den vierten Anschlussstutzen.

[0014] Im Zweifel ist der Winkel zwischen dem dritten Anschlussstutzen und dem ersten Anschlussstutzen ebenso wie der Winkel zwischen dem vierten Anschlussstutzen und dem ersten Anschlussstutzen zwischen den Mittenlängsachsen dieser jeweiligen Anschlussstutzen zu messen. Das Gleiche gilt für die Feststellung der Parallelität.

[0015] Im Sinne einer schlanken Bauweise und damit einer guten Montierbarkeit innerhalb eines Bohrgestänges sehen bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung vor, dass der Sondenkopf, in Richtungen orthogonal zu einer Mittenlängsachse des ersten Anschlussstutzens gesehen, einen maximalen Durchmesser zwischen 84 mm und 240 mm, vorzugsweise zwischen 84 mm und 180 mm, aufweist.

[0016] Der erste Anschlussstutzen oder der zweite Anschlussstutzen können innerhalb des jeweils anderen dieser beiden Anschlussstutzen angeordnet sein. Eine solche Anordnung ist für Sink- und Steigleitungen einer Erdsonde, wie oben ausgeführt, an sich bekannt.

[0017] Der Sondenkopf kann grundsätzlich aus verschiedenen Materialien wie z.B. auch Metall hergestellt sein. Besonders günstige Varianten sehen aber vor, dass es sich beim Sondenkopf, vorzugsweise vollständig, um ein Kunststoffteil handelt. Besonders bevorzugt wird der Sondenkopf im Spritzgussverfahren hergestellt. Im Sinne einer einfachen Herstellbarkeit im Spritzgussverfahren sehen bevorzugte Ausgestaltungsformen vor, dass der Sondenkopf einen Grundkörper aufweist, an dem der innerhalb des anderen der beiden Anschlussstutzen angeordnete Anschlussstutzen mittels einer, vorzugsweise steckbaren und/oder einrastenden und/oder schraubbaren, Verbindungseinrichtung befestigbar ist.

[0018] Der erste Anschlussstutzen und der zweite Anschlussstutzen sind günstigerweise parallel zueinander angeordnet. Der dritte Anschlussstutzen und der vierte Anschlussstutzen sind in bevorzugten Ausgestaltungsformen nebeneinander, vorzugsweise aber auch parallel zueinander angeordnet. Der erste Anschlussstutzen und der dritte Anschlussstutzen können koaxial zueinander angeordnet sein, vorzugsweise durchströmbar miteinander verbunden sein.

[0019] Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch eine Anordnung mit zumindest einer Erdsonde zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund und zumindest einem Sondenkopf, wobei es sich um einen erfindungsgemässen Sondenkopf handelt und an zumindest einem ersten Anschlussstutzen des Sondenkopfes einer Sinkleitung der Erdsonde und an zumindest einem zweiten Anschlussstutzen des Sondenkopfes eine Steigleitung der Erdsonde und an zumindest einem dritten Anschlussstutzen des Sondenkopfes eine Zuführleitung zur Erdsonde und an zumindest einem vierten Anschlussstutzen des Sondenkopfes eine, von der Erdsonde weg führende Abführleitung angeschlossen ist. Grundsätzlich ist darauf hinzuweisen, dass erfindungsgemässe Sondenköpfe nicht nur einen einzigen ersten Anschlussstutzen zum Anschluss einer einzigen Sinkleitung der Erdsonde aufweisen können. Hat die Erdsonde mehrere Sinkleitungen, so weist auch der Sondenkopf günstigerweise mehrere erste Anschlussstutzen auf. Das Gleiche gilt auch in analoger Weise für die zweiten, dritten und vierten Anschlussstutzen des Sondenkopfes, insbesondere wenn eine entsprechende Anzahl von Zuführ-, Abführ- und/oder Steigleitungen vorhanden ist.

[0020] Weitere Merkmale und Einzelheiten bevorzugter Ausgestaltungsformen der Erfindung werden anhand der beigelegten Figuren erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel eines Sondenkopfes; <tb>Fig. 2<sep>einen Längsschnitt durch diesen Sondenkopf gemäss Fig. 1; <tb>Fig. 3<sep>den Sondenkopf aus Fig. 1und 2 in einer Seitenansicht, wobei am oberen Ende des Sondenkopfes die Zu- und die Abführleitung an den entsprechenden Anschlussstutzen angebracht sind und der Sondenkopf mit einer Erdsonde verbunden ist; <tb>Fig. 4<sep>einen Längsschnitt durch die Zu- und Abführleitung, den Sondenkopf und die Erdsonde aus Fig. 3.

[0021] In Fig. 1 ist der Sondenkopf in einer Seitenansicht bereits in einer Montagestellung, also mit nach unten gerichtetem ersten und zweiten Anschlussstutzen 3 und 5, dargestellt, wobei allerdings an den Anschlussstutzen 3, 5, 7 und 9 weder die Zu- und Abführleitung 8 und 10 noch die Sink- und Steigleitung 4 und 6 der Erdsonde 2 angebracht sind. Die zum Anschluss der Sinkleitung 4 und der Steigleitung 6 vorgesehenen ersten Anschlussstutzen 3 und zweiten Anschlussstutzen 5 zeigen in Montagestellung, wie gesagt, nach unten. Der dritte Anschlussstutzen 7, an den die Zuführleitung 8 angeschlossen wird und der vierte Anschlussstutzen 9, an den die Abführleitung 10 angeschlossen wird, schauen in die entgegen gesetzte Richtung, also in Montagestellung nach oben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der dritte Anschlussstutzen 7 und der vierte Anschlussstutzen 9 parallel zum ersten Anschlussstutzen 3 angeordnet, dies sieht man besonders gut im Längsschnitt gemäss Fig. 2 an den dort eingezeichneten Mittenlängsachsen 12, 19 und 20 der jeweiligen Anschlussstutzen 3, 7 und 9. Der Winkel 11 zwischen dem dritten Anschlussstutzen 7 und dem ersten Anschlussstutzen 3 beträgt somit 180°. Das Gleiche gilt für einen Winkel zwischen einer parallelen zum ersten Anschlussstutzen 3 bzw. dessen Mittenlängsachse 12 und dem vierten Anschlussstutzen 9 bzw. dessen Mittenlängsachse 20. Der erste Anschlussstutzen 3 und der dritte Anschlussstutzen 7 dieses Ausführungsbeispiels sind koaxial miteinander verbunden. Der vierte Anschlussstutzen 9 ist demgegenüber seitlich versetzt angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus darauf hinzuweisen, dass der erste Anschlussstutzen 3 zumindest bereichsweise innerhalb des zweiten Anschlussstutzens 5 verläuft und der vierte Anschlussstutzen 9 sowohl zum zweiten Anschlussstutzen 5 als auch zum ersten Anschlussstutzen 3 seitlich versetzt angeordnet ist. All dies zeigt sich auch an den Mittenlängsachsen 12, 18, 19 und 20 der jeweiligen Anschlussstutzen 3, 5, 7 und 9. Hinzuweisen ist in Fig. 2noch auf den dort sichtbaren Bypass 16, welcher, in bevorzugten Ausgestaltungsformen wie diesem, den dritten Anschlussstutzen 7 und den vierten Anschlussstutzen 9 miteinander verbindet. Die Funktionen dieses Bypasses 16 sowie dessen in den dritten Anschlussstutzen 7 hineinreichenden Wandbereichs 17 wird weiter unten noch anhand von Fig. 4 erläutert.

[0022] Bezüglich Fig. 2 ist noch darauf hinzuweisen, dass der erste Anschlussstutzen 3 zunächst als separates Teil gefertigt wird und dann in dem, die restlichen Anschlussstutzen 5, 7 und 9 einstückig miteinander verbindenden Grundkörper 14 des Sondenkopfes 1 mittels der Verbindungseinrichtung 15 befestigt wird. Bei der Verbindungseinrichtung 15 handelt es sich günstigerweise um eine Steck- und/oder Rast oder um eine Schraubverbindung. Dieser zweiteilige Aufbau des Sondenkopfes 1 erlaubt es jedenfalls, den Grundkörper 14 und den ersten Anschlussstutzen 3 zunächst in einer einfachen Art und Weise als separate Spritzgussteile, vorzugsweise aus Kunststoff, herzustellen und dann anschliessend miteinander zum Sondenkopf 1 zu verbinden.

[0023] Fig. 3 zeigt wiederum eine Seitenansicht auf den Sondenkopf 1 in der üblichen Betriebsstellung. Allerdings sind hier die Zuführleitung 8 an den dritten Anschlussstutzen 7 und die Abführleitung 10 an den vierten Anschlussstutzen 9 angeschlossen. Die Art dieser Anschlüsse kann unterschiedlich gestaltet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Schweissverbindungen 22. Es können aber genauso gut an dieser Stelle Schnapp-, Steck- und/oder Schraubverbindungen oder dergleichen vorgesehen sein.

[0024] Am unteren Ende des Sondenkopfes 1 ist die Erdsonde 2 in Fig. 3 bereits fertig montiert. Sowohl die Erdsonde 2 als auch Zu- und Abführleitung 8 und 10 sind in Fig. 3unterbrochen und gekürzt dargestellt. Am unteren Ende der Erdsonde 2 befindet sich der Sondenfuss 21. Geschnitten dargestellt sieht man in Fig. 3die Aussenwände eines Bohrgestänges 32. Durch den geringen maximalen Durchmesser 13, welcher günstigerweise innerhalb der oben genannten Intervalle liegt, ist es möglich, den Sondenkopf 1 innerhalb des Bohrgestänges 32 auf die Erdsonde 2 zu montieren oder die Erdsonde 2 samt vormontiertem Sondenkopf 1 in das Bohrgestänge 32 einzubringen. Fig. 3 zeigt bereits den Endzustand dieses Montage- bzw. Einbauvorgangs. Bei der Montage des Sondenkopfes 1 innerhalb des Bohrgestänges 32 wird zunächst die Erdsonde 2 innerhalb des Bohrgestänges 32 in die Bohrung eingebaut. Der Sondenkopf wird dann anschliessend innerhalb des Bohrgestänges 32 am oberen Ende der Erdsonde 2 montiert. Dabei können vorab die Zuführleitung 8 und die Abführleitung 10 bereits an den entsprechenden Anschlussstutzen 7 und 9 des Sondenkopfes 1 befestigt worden sein. Zur Montage des Sondenkopfes an der Erdsonde 2 im Innenraum des Bohrgestänges 32 ist es günstig, wenn der Sondenkopf 1 mittels einer werkzeuglos verbindbaren Verbindung, vorzugsweise einer Steck- und/oder Rast- oder auch Schraubverbindung, mit der Erdsonde 2 verbunden werden kann. Dies gilt insbesondere für die Verbindung der ersten und zweiten Anschlussstutzen 3 und 5 mit den jeweiligen Sink- und Steigleitungen 4 und 6 der Erdsonde 2. Nach Anschluss des Sondenkopfes 1 an die Erdsonde 2 kann dann das Bohrgestänge 32 gezogen bzw. entfernt werden. Das restliche Verfüllen der Zwischenräume zwischen Erdsonde 2 und den Wandungen des offenen Bohrlochs kann dann wie beim Stand der Technik erfolgen. Letzteres gilt auch für die zweite Verfahrensvariante mit dem Einbringen der Erdsonde samt vormontiertem Sondenkopf in das Bohrgestänge 32.

[0025] Weitere Details lassen sich besonders gut anhand von Fig. 4 erläutern, welche einen Längsschnitt durch die Situation gemäss Fig. 3 zeigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Erdsonde 2 und der Sondenkopf 1 über einrastende Steckverbindungen zwischen Sinkleitung 4 und erstem Anschlussstutzen 3 und Steigleitung 6 und zweiten Anschlussstutzen 5 miteinander verbunden. Zur Befestigung der aussen liegenden Steigleitung 6 der Erdsonde 2 am entsprechenden zweiten Anschlussstutzen 5 des Sondenkopfes 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Rasthülse 24 vorgesehen. Diese weist Federzungen 26 auf. Der zweite Anschlussstutzen 5 kann in die obere Öffnung zwischen den Federzungen 26 eingeschoben werden bis letztere hinter den Rastschultern 28 des zweiten Anschlussstutzens 5 federnd einrasten.

[0026] Die Verbindung zwischen dem ersten Anschlussstutzen 3 und der Sinkleitung 4 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls über eine verrastende Steckverbindung. Im konkret gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Anschlussstutzen 3 hierzu an seinem unteren Ende elastische Federzungen 25 auf, welche im fertig montierten Zustand, wie hier in Fig. 4 dargestellt, Rastschultern 27 der Sinkleitung 4 hintergreifen.

[0027] Die Rasthülse 24 erfüllt im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Doppelfunktion. Zum einen sorgt sie in der geschilderten Art und Weise für eine Verbindung der äusseren, hier als Wellrohr ausgeführten, Steigleitung 6 mit dem zweiten Anschlussstutzen 5 des Sondenkopfes 1. Zum anderen verhindert sie aber auch, dass Erdreich in den Verbindungsbereich zwischen Steigleitung 6 und zweitem Anschlussstutzen 5 eindringen kann.

[0028] Bezüglich des gezeigten Ausführungsbeispiels wird noch darauf hingewiesen, dass im Verbindungsbereich zwischen Steigleitung 6 und zweitem Anschlussstutzen 5 auch eine, vorzugsweise aus Metall gefertigte, Verstärkungshülse 30 vorgesehen ist. Im Bereich dieser Verstärkungshülse 30 sind auch die Dichtungen 29 angeordnet. Die Verstärkungshülse 30 verhindert auf Grund ihrer erhöhten Festigkeit eine druckbedingte Verformung des Verbindungsbereiches und stellt dadurch eine dauerhafte Abdichtung sicher.

[0029] Die Pfeile 31 zeigen die Strömungsrichtung des, insbesondere flüssigen, Wärmeträgermediums durch die gezeigte Anordnung. Das Wärmeträgermedium tritt über die Zuführleitung 8 in den dritten Anschlussstutzen 7 des Sondenkopfes 1 ein und wird dann über den ersten Anschlussstutzen 3 zur Sinkleitung 4 der Erdsonde 2 weitergeleitet. Am unteren Ende der Sinkleitung 4 strömt das Wärmeträgermedium von der Sinkleitung 4 in die Steigleitung 6 über und steigt dort entlang der Aussenwand der Steigleitung 6 wieder zum Sondenkopf 1 auf. Während dieses Aufstiegs des Wärmeträgermediums erfolgt der Wärmeaustausch mit dem Untergrund. Von der Steigleitung 6 tritt das Wärmeträgermedium dann in den zweiten Anschlussstutzen 5 des Sondenkopfes 1 ein und verlässt letzteren dann über den vierten Anschlussstutzen 9 und die daran angeschlossene Abführleitung 10. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sorgt allerdings der Bypass 16 zwischen drittem Anschlussstutzen 7 und viertem Anschlussstutzen 9 dafür, dass nur ein Teil des Wärmeträgermediums den bisher geschilderten Weg nimmt. Ein anderer Teil des Wärmeträgermediums strömt direkt vom dritten Anschlussstutzen 7 über den Bypass 16 zum vierten Anschlussstutzen 9. Der in den Öffnungsquerschnitt des dritten Anschlussstutzens 7 hineinreichende Wandbereich 17 des Bypasses 16 sorgt dabei für eine Verwirbelung des Wärmeträgermediums. Diese Verwirbelung führt bei flüssigen Wärmeträgermedien zu einer Entgasung des in die Sinkleitung 4 eingeführten Wärmeträgermediums, was den Wärmeaustausch zwischen Wärmeträgermedium und Untergrund verbessert. Darüber hinaus sorgt der Bypass 16 aber bei einer Reihenschaltung von mehreren Erdsonden 2 auch dafür, dass ein Teil des noch kalten oder noch warmen Wärmeträgermediums direkt nachgeschalteten, hier nicht dargestellten, Erdsonden 2 zugeführt wird, ohne die dargestellte Erdsonde 2 zu durchströmen. Dies erhöht den Wirkungsgrad einer Anlage mit einer Reihenschaltung von Erdsonden 2.

Legende zu den Hinweisziffern:

[0030] <tb>1<sep>Sondenkopf <tb>2<sep>Erdsonde <tb>3<sep>erster Anschlussstutzen <tb>4<sep>Sinkleitung <tb>5<sep>zweiter Anschlussstutzen <tb>6<sep>Steigleitung <tb>7<sep>dritter Anschlussstutzen <tb>8<sep>Zuführleitung <tb>9<sep>vierter Anschlussstutzen <tb>10<sep>Abführleitung <tb>11<sep>Winkel <tb>12<sep>Mittenlängsachse <tb>13<sep>maximaler Durchmesser <tb>14<sep>Grundkörper <tb>15<sep>Verbindungseinrichtung <tb>16<sep>Bypass <tb>17<sep>Wandbereich <tb>18<sep>Mittenlängsachse <tb>19<sep>Mittenlängsachse <tb>20<sep>Mittenlängsachse <tb>21<sep>Sondenfuss <tb>22<sep>Schweissverbindung <tb>23<sep>Rastverbindung <tb>24<sep>Rasthülse <tb>25<sep>Federzunge <tb>26<sep>Federzunge <tb>27<sep>Rastschulter <tb>28<sep>Rastschulter <tb>29<sep>Dichtung <tb>30<sep>Verstärkungshülse <tb>31<sep>Strömungsrichtung <tb>32<sep>Bohrgestänge

Claims (10)

1. Sondenkopf (1) für eine Erdsonde (2) zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund, wobei der Sondenkopf (1) zumindest einen ersten Anschlussstutzen (3) für den Anschluss einer Sinkleitung (4) der Erdsonde (2) und zumindest einen zweiten Anschlussstutzen (5) für den Anschluss einer Steigleitung (6) der Erdsonde (2) und zumindest einen dritten Anschlussstutzen (7) zum Anschluss einer Zuführleitung (8) zur Erdsonde (2) und zumindest einen vierten Anschlussstutzen (9) zum Anschluss einer, von der Erdsonde (2) weg führenden Abführleitung (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschlussstutzen (7) und der vierte Anschlussstutzen (9) jeweils in einem Winkel (11) zwischen 135° und 225° relativ, vorzugsweise parallel, zum ersten Anschlussstutzen (3) am Sondenkopf (1) angeordnet sind.

2. Sondenkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (1), in Richtungen orthogonal zu einer Mittenlängsachse (12) des ersten Anschlussstutzens (3) gesehen, einen maximalen Durchmesser (13) zwischen 84 mm und 240 mm, vorzugsweise zwischen 84 mm und 180 mm, aufweist.

3. Sondenkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussstutzen (3) oder der zweite Anschlussstutzen (5) zumindest bereichsweise innerhalb des jeweils anderen dieser beiden Anschlussstutzen (3, 5) angeordnet ist.

4. Sondenkopf (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (1) einen Grundkörper (14) aufweist, an dem der innerhalb des anderen der beiden Anschlussstutzen (3, 5) angeordnete Anschlussstutzen (3, 5) mittels einer, vorzugsweise steckbaren oder einrastenden oder schraubbaren, Verbindungseinrichtung (15) befestigbar ist.

5. Sondenkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussstutzen (3) und der zweite Anschlussstutzen (5) parallel zueinander angeordnet sind.

6. Sondenkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschlussstutzen (7) und der vierte Anschlussstutzen (9) nebeneinander, vorzugsweise parallel zueinander, angeordnet sind.

7. Sondenkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussstutzen (3) und der dritte Anschlussstutzen (7) koaxial zueinander angeordnet, vorzugsweise durchströmbar miteinander verbunden, sind.

8. Sondenkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschlussstutzen (7) und der vierte Anschlussstutzen (9) mittels zumindest eines Bypasses (16) miteinander verbunden sind.

9. Anordnung mit zumindest einer Erdsonde (2) zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund und zumindest einem Sondenkopf (1), wobei an zumindest einem ersten Anschlussstutzen (3) des Sondenkopfes (1) eine Sinkleitung (4) der Erdsonde (2) und an zumindest einem zweiten Anschlussstutzen (5) des Sondenkopfes (1) eine Steigleitung (6) der Erdsonde (2) und an zumindest einem dritten Anschlussstutzen (7) des Sondenkopfes (1) eine Zuführleitung (8) zur Erdsonde (2) und an zumindest einem vierten Anschlussstutzen (9) des Sondenkopfes (1) eine, von der Erdsonde (2) weg führende Abführleitung (10) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (1) ein Sondenkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.

10. Verfahren zum Einbau einer Erdsonde (2) mit einem Sondenkopf (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in den Untergrund zum Austausch von thermischer Energie mit dem Untergrund, wobei die Erdsonde (2) zunächst innerhalb eines, in den Untergrund eingebrachten Bohrgestänges (32) angeordnet wird und der Sondenkopf (1) innerhalb des Bohrgestänges (32) an der Erdsonde (2) montiert wird oder die Erdsonde (2) zunächst mit vormontiertem Sondenkopf (1) in dem, in den Untergrund eingebrachten Bohrgestänge (32) angeordnet wird und erst daran anschliessend das Bohrgestänge (32) entfernt wird.