WO2007070905A2 - Heat exchanger - Google Patents

Abstract

Anchors, especially injection drilling anchors, are used as heat exchangers in combination with heat pumps in order to deliver heat to the ground (heat storage, optionally in combination with air-conditioning a building) or withdraw heat from the ground (heat pump heating), wherefore at least one pipe (8) for feeding a heat transfer medium is introduced into the tube (4) of the anchor. The heat transfer medium flows back through the space between the pipe and the anchor tube (4) while exchanging heat with the environment. In an alternative embodiment, a supply pipe and a discharge pipe (forward flow, return flow) for the heat transfer medium can be accommodated in the anchor tube. The inventive embodiment of the heat exchanger has the advantage of meeting two objectives, i.e. exchanging heat and securing country or ground for the anchor.

Description

Translated fromGerman

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Wärmetauscherheat exchangers

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der vornehmlich in Verbindung mit Wärmepumpen, zum Abgeben von Wärme in einen oder zum Entnehmen von Wärme aus einem den Wärmetauscher umgebenden Wärmespeicher (Boden/Gebirge) verwendet werden kann.The invention relates to a heat exchanger, which can be used primarily in conjunction with heat pumps, for discharging heat into or for removing heat from a heat accumulator surrounding the heat exchanger (soil / mountains).

Im Zusammenhang mit Wärmepumpen ist es bekannt, dem Boden Wärme zu entziehen, wozu im Boden aufwändig gestaltete Wärmetauscher (Absorber) in ebenso aufwändiger Arbeit eingebaut werden müssen. In diesem Zusammenhang kann beispielhaft auf die AT 391 506 B, die DE 39 13 429 A und die DE 36 00 230 A verwiesen werden.In connection with heat pumps, it is known to extract heat from the ground, for which in the ground elaborately designed heat exchanger (absorber) must be installed in equally complex work. In this connection, reference may be made by way of example to AT 391 506 B, DE 39 13 429 A and DE 36 00 230 A.

Die DE 33 35 511 A betrifft ein Verfahren zum Verankern eines Ankers im Erdreich mittels Bodengefrieren. Dabei wird vorgeschlagen, nach dem Einbringen des Ankers in das Erdreich ein tiefkaltes Fluid über den Anker in Wärmetausch mit dem den Anker umgebenden Erdreich zu bringen, um den Anker auf einfache und kostengünstige Weise im Erdreich verankern zu können. Irgendwelche Hinweise auf das Ausnützen von Wärmeenergie sind in der DE 33 35 511 A nicht enthalten. Die DE 101 14 448 A betrifft die Verwendung von Bohrungen im Erdreich oder im Gebirge für die Wärmenutzung, wobei vorgeschlagen wird, für diesen Zweck Erdanker heranzuziehen. Insbesondere wird in der DE 101 14 448 A vorgeschlagen, nicht näher definierte Erdanker, die beispielsweise zum Sichern von Wohngebäuden dienen, oder auch Anker in Felswänden oberhalb von Straßen- und/oder Bahntrassen nicht nur zur Sicherung des Erdreichs bzw. Gebirges, sondern auch zur Wärmenutzung einzusetzen. Nähere Ausführungen, wie die Erdanker ausgebildet sein sollen, um zur Nutzung von Erdwärme herangezogen werden zu können, sind der DE 101 14 448 A nicht zu entnehmen.DE 33 35 511 A relates to a method for anchoring an anchor in the ground by means of floor freezing. It is proposed to bring after the introduction of the anchor into the ground, a cryogenic fluid through the armature in heat exchange with the ground surrounding the anchor to anchor the anchor in a simple and cost-effective manner in the ground can. Any indications of the exploitation of heat energy are not included in DE 33 35 511 A. DE 101 14 448 A relates to the use of boreholes in the ground or in the mountains for the use of heat, wherein it is proposed to use ground anchors for this purpose. In particular, DE 101 14 448 A proposes unspecified ground anchor, which serve for example for securing residential buildings, or anchors in rock walls above road and / or railway lines not only to secure the soil or mountains, but also to Use of heat. Further details of how the ground anchors should be designed in order to be used for the use of geothermal energy, DE 101 14 448 A can not be found.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmetauscher vorzuschlagen, der einfach herzustellen ist und der neben seiner Funktion als Wärmetauscher auch andere Aufgaben erfüllen kann.The invention is based on the object to propose a heat exchanger that is easy to manufacture and in addition to its function as a heat exchanger can also fulfill other tasks.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Wärmetauscher, der die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.This object is achieved with a heat exchanger having the features of claim 1.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred and advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Da der erfindungsgemäße Wärmetauscher mit zum Festlegen bzw. Sichern von Gestein (Gebirge) und Boden verwendeten Ankern vereinigt (kombiniert) ist - solche Anker werden in der Regel in dem zu sichernden Bereich in größerer Anzahl gesetzt - entfallen gesonderte Maßnahmen, um Wärmetauscher in den Untergrund (Boden, Gebirge und dgl . ) einzubringen .Since the heat exchanger according to the invention is combined (combined) with anchors used for securing or securing rock (mountains) and soil - such anchors are generally set in greater numbers in the area to be protected - there are no separate measures to heat exchangers into the subsurface (Soil, mountains and like. ).

Solche Anker werden beispielsweise im Tunnelbau oder zur Baugruben- und Hangsicherung verwendet.Such anchors are used for example in tunneling or for excavation and slope protection.

Anker der im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogenen Art sind beispielsweise Injektionsbohranker, Anker mit aufweitbaren Teilen (sofortwirkende Reibrohranker, auch mit Wasser oder einem anderen Medium expandierbare Reibrohranker, z.B. Anker des Typs "Swellex" von Atlas Copco) , die ggf. mit Injektionsbohrankern kombiniert sein können ("Swellex Hybrid"), oder Bohrsysteme, z.B. ver- röhrte Hammerbohrungen, mit großem Durchmesser, bei welchen ein Hüllrohr und ein Teil der Bohrkrone nach dem Bohren des Loches im Boden/Gebirge verbleibt (sogenannte "Symmetrix-Systeme" von Atlas Copco) . Mögliche Anwendungen von solchen verrohrten Bohrsystemen sind: - "Rohrschirmsystem" (horizontal oder mit leichter Neigung nach oben eng nebeneinander) als künstliche Firste (=Tunneldecke) ; "Reibpfahl", wenn vertikal oder nach unten geneigt eingebracht.Anchors of the type considered in the invention are, for example, injection drill anchors, anchors with expandable parts (instantaneous Reibrohranker, also expandable with water or other medium Reibrohranker, eg anchor of the type "Swellex" Atlas Copco), which optionally combined with injection drill anchors ("Swellex Hybrid"), or drilling systems, eg roughened, large diameter hammer drill holes, where a cladding tube and part of the drill bit remain in the ground after drilling the hole (so-called "Symmetrix Systems" by Atlas Copco). Possible applications of such cased boring systems are: - "Pipe umbrella system" (horizontal or with a slight upward inclination close together) as artificial ridge (= tunnel ceiling); "Friction pile" when placed vertically or inclined downwards.

Man kann, wie z.B. beim Rohrschirmsystem, das Außenrohr (Stützrohr des Systems "Symmetrix") im Bohrloch belassen. Der Vorteil der entkoppelbaren Ringbohrkrone besteht darin, dass man das Bohrgestänge samt Innenteil der Bohrkrone vollständig aus dem Bohrloch ziehen kann, ohne dass das Bohrloch kollabiert (Stützrohr) , dann kann man das Stützrohr mit Beton füllen (Rohrschirmdecke) oder, bei einem Pfahl, einen "Korb" aus Bewehrungsstahl hineinstellen und dann mit Mörtel oder Beton verfüllen. Man kann (mit oder ohne Bewehrung) auch einen Koaxialschlauch (zwei Schläuche ineinander) in das Stützrohr einführen und dann Mörtel einbringen.One can, as in the pipe shield system, leave the outer pipe (supporting pipe of the "Symmetrix" system) in the borehole. The advantage of the decoupled ring bit is that you can pull the drill pipe together with the inner part of the drill bit completely out of the hole without the hole collapses (support tube), then you can fill the support tube with concrete (pipe canopy) or, in a pile, a Insert "basket" made of reinforcing steel and then fill with mortar or concrete. You can (with or without reinforcement) and a coaxial hose (two hoses into each other) in the support tube and then introduce mortar.

Obwohl solche verrohrten Hammerbohrungen ("Symmetrix-Systeme") keine "Anker" im engeren Sinn sind, werden sie in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen als durch den Begriff "Anker" erfasst verstanden.Although such cased hammer bores ("Symmetrix Systems") are not "anchors" in the narrower sense, in this specification and claims they are understood as being encompassed by the term "anchor".

Die Richtung, in welcher der Anker, der im Rahmen der Erfindung als Wärmetauscher verwendet wird, in den Untergrund eingebracht ist, ist belanglos. So können Anker für Hangsicherungen horizontal und/oder schräg nach unten weisend eingebaut sein. Weiters können erfindungsgemäß Anker im Tunnelbau im Bereich der Tunnelwölbung lotrecht oder schräg nach oben gerichtet oder auch lotrecht oder schräg nach unten gerichtet sein. Auch horizontal oder im Wesentli- chen horizontal ausgerichtete Anker sind bei der Erfindung in Be- tracht gezogen. Injektionsbohranker können horizontal, vertikal oder geneigt eingebaut werden (Anker, Bodennägel, Mikropfähle, Wurzelpfähle, Rohrschirme) . Für verrohrte Hammerbohrungen gilt das gleiche . Solche Anker können auch Fundamentpfähle für Bauwerke sein (vornehmlich "Anker" der Type verrohrte Hammerbohrungen "Symme- trix") .The direction in which the anchor, which is used in the context of the invention as a heat exchanger, is introduced into the ground, is irrelevant. For example, anchors for slope stabilizers can be installed horizontally and / or diagonally downwards. Furthermore, in accordance with the invention, anchors in tunnel construction can be directed vertically or obliquely upwards in the region of the tunnel curvature, or can also be directed vertically or obliquely downwards. Horizontally or substantially horizontally oriented anchors are also used in the invention. Drawn. Injection anchors can be installed horizontally, vertically or inclined (anchors, bottom nails, micropiles, root piles, pipe screens). For cased hammer holes the same applies. Such anchors can also be foundation piles for structures (primarily "anchors" of the type cased hammer bores "Symmetrix").

Im Rahmen der Erfindung ist in einer möglichen Ausführungsform mit Vorteil vorgesehen, dass das Wärmeträgermedium, von dem Wärme in den oder aus dem Untergrund, in den der Anker gesetzt ist, transportiert wird und beispielsweise zu einer Wärmepumpe strömt, innerhalb des Ankers strömt.Within the scope of the invention, it is advantageously provided in one possible embodiment that the heat transfer medium, from which heat is transported into or out of the substrate into which the armature is placed and, for example, flows to a heat pump, flows within the armature.

Dabei besteht die Möglichkeit, im Ankerrohr einfach eine Leitung vorzusehen, die als Leitung für das Zuführen des Wärrαeträgers dient, wobei das Ankerrohr für den Rücklauf des Wärmeträgers vorgesehen ist.It is possible to simply provide a conduit in the anchor tube, which serves as a conduit for supplying the Wärrαeträgers, wherein the anchor tube is provided for the return of the heat carrier.

In einer alternativen Möglichkeit, die sich insbesondere bei Ankerrohren mit größerem Durchmesser anbietet, können in dem Ankerrohr z.B. koaxial angeordnete Rohre für Vor- und Rücklauf des Wärme- trägers vorgesehen werden.In an alternative possibility, which is particularly suitable for larger diameter anchor tubes, in the anchor tube, e.g. Coaxially arranged pipes for flow and return of the heat carrier are provided.

Wesentlich für die Erfindung ist es, dass das Rohr eines Ankers, der zur Verfestigung des Untergrundes (Hangsicherung, Tunnelbau und dgl . ) eingesetzt worden ist, entweder selbst Bestandteil der Leitungen für den Wärmeträger ist oder in sich Leitungen für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers aufnimmt.It is essential for the invention that the tube of an anchor, which has been used for solidification of the substrate (slope protection, tunneling and the like.), Either itself part of the lines for the heat transfer or in itself lines for the supply and discharge of Receives heat carrier.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.

Es zeigt: Fig. 1 das vordere Ende eines Injektionsbohrankers mit einer Leitung für den Wärmeträger, Fig. 2 den äußeren Anschluss im Bereich des Ankerkopfes für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers, Fig. 3 eine Variante, bei der in ein Ankerrohr eines Injektionsbohrankers Leitungen für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers eingesetzt sind, Fig. 4 einen Injektionsbohranker mit größerem Durch- messer, Fig. 5 einen z.B. gemäß Fig. 6 hergestellten Anker mit Leitungen für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers, Fig. 6 eine Anordnung zum Herstellen einer verrohrten Hammerbohrung (Bauart "Symmetrix" von Atlas Copco) , Fig. 7 einen Tunnelquerschnitt mit Ankern, Fig. 8 einen durch Anker gesicherten Hang, Fig. 9 am Kopf eines Ankers angeordnete Bauteile, Fig. 10 eine Vorrichtung zum Abdichten eines Ankerrohres im Bereich der Bohrkrone, Fig. 11 die Situation der Vorrichtung von Fig. 10 bei der Bohrkrone vor dem Abdichten, Fig. 12 die Situation im Bereich der Bohrkrone nach dem Abdichten mit Hilfe der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung, Fig. 13 eine Variante einer Ausführung des Anschlussadapters im Bereich des Ankerkopfes, Fig. 14 eine Kupplungsmuffe für Ankerrohre mit Dichtung, Fig. 15 eine andere Ausführungsform einer Abdichtung im Bereich einer Kupplungsmuffe für Ankerrohre, Fig. 16 in einem Diagramm das beispielhafte Verhalten eines Bodenspeichers einer Erdwärme- anläge für zwei unterschiedlich ausgelegte Anlagen und Fig. 17 die Energieausbeute beim intermittierenden Anlagenbetrieb im Vergleich zu einem durchgehenden Anlagenbetrieb.1 shows the front end of a Injektionsbohrankers with a line for the heat transfer, Fig. 2 shows the outer terminal in the region of the anchor head for the supply and discharge of the heat carrier, Fig. 3 shows a variant in which in an anchor tube of a Injektionsbohrankers FIG. 4 shows an injection drilling anchor with a larger diameter, FIG. 5 shows an anchor produced, for example, according to FIG. 6 with lines for the supply and removal of the heat carrier, FIG. 6 shows an arrangement 7 shows a tunnel cross-section with anchors, FIG. 8 shows a slope secured by anchors, FIG. 9 shows components arranged at the head of an armature, FIG. 10 shows a device for the production of a cased hammer bore (type "Symmetrix" from Atlas Copco) FIG. 11 shows the situation of the device of FIG. 10 in the drill bit before sealing, FIG. 12 shows the situation in the area of the drill bit after sealing with the aid of the device shown in FIG. 13 shows a variant of an embodiment of the connection adapter in the region of the anchor head, FIG. 14 shows a coupling sleeve for anchor tubes with a seal, FIG. 15 shows another embodiment of a seal in the region of a coupling sleeve for anchor tubes, FIG. 16 shows a diagram of the exemplary behavior of a bottom storage of geothermal energy - Anläge for two differently designed systems and Fig. 17, the energy yield during intermittent plant operation in comparison to a continuous plant operation.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Injektionsbohranker mit wenigstens einem Ankerrohr 4, an dessen vorderen Ende ein Bohrkopf 6 vorgesehen ist, in einen Untergrund 2 (Erdreich, Gebirge, Felsen u.dgl.) bis in die gewünschte Tiefe durch Bohren vorgetrieben worden. Im Innenraum des Ankerrohres 4 ist eine, beispielsweise als flexibler Schlauch ausgebildete, Leitung 8 für die Zufuhr eines fluiden Wärmeträgers aufgenommen, die bis knapp vor die Bohrkrone 6, die mit dem Ankerrohr 4 beispielsweise verschraubt ist, reicht.In the embodiment shown in Fig. 1, a Injektionsbohranker with at least one anchor tube 4, at the front end of a drill head 6 is provided in a substrate 2 (soil, mountains, rocks, etc.) propelled to the desired depth by drilling Service. In the interior of the anchor tube 4 is formed, for example, designed as a flexible hose, line 8 for the supply of a fluid heat carrier, which extends to just before the drill bit 6, which is bolted to the anchor tube 4, for example.

Um Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers (Vorlauf/Rücklauf) zu ermöglichen, ist (vgl. Fig. 2) auf das äußere Ende des Ankerrohres 4, außerhalb einer Ankerplatte 12 und einer diese am Ankerrohr 4 si- chernden Mutter 10 ein Adapter 14 (Anschlussstück) angesetzt. Durch diesen Adapter 14 führt die Leitung (Schlauch) 8 zum Zuführen des Wärmeträgers. Abströmender Wärmeträger strömt im Raum zwischen der Leitung 8 und dem Ankerrohr 4 durch das Ankerrohr 4 in den Adapter 14 und aus diesem über eine dort angeschlossene Leitung 16 (Schlauch) ab.In order to facilitate the supply and removal of the heat carrier (flow / return), an adapter 14 (see Fig. 2) is on the outer end of the anchor tube 4, outside an anchor plate 12 and a nut 10 securing this to the anchor tube 4 Fitting). Through this adapter 14, the line (hose) 8 leads to the supply of the heat carrier. Outflowing heat transfer medium flows in the space between the line 8 and the anchor tube 4 through the anchor tube 4 in the adapter 14 and from this via a line 16 connected there (hose).

Wie ersichtlich, dient bei der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh- rungsform das Ankerrohr 4 als Leitung für den Rücklauf des Wärmeträgers, nachdem dieser im Untergrund 2 durch die Wand des Ankerrohres 4 oder mehrerer miteinander gekuppelter Ankerrohre 4 hindurch Wärme an den Untergrund 2 abgegeben oder von diesem aufgenommen hat. Mit Vorteil ist der erfindungsgemäß von wenigstens einem Anker gebildete Wärmetauscher mit einer Wärmepumpe gekuppelt. Dabei besteht die Möglichkeit, den von wenigstens einem Anker gebildeten Wärmetauscher mit der Wärmepumpe so zu verbinden, dass von dem Wärmetauscher Wärme in den den Anker umgebenden Untergrund 2 abge- geben wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, den Wärmetauscher mit der Wärmepumpe so zu verbinden, dass von dem den Wärmetauscher bildenden Anker Wärme aus dem Untergrund aufgenommen wird.As can be seen, in the embodiment shown in FIG. 1, the armature tube 4 serves as a conduit for the return of the heat carrier after it has given off heat to the substrate 2 in the substrate 2 through the wall of the anchor tube 4 or a plurality of coupled anchor tubes 4 has absorbed from this. Advantageously, the invention formed by at least one anchor heat exchanger is coupled to a heat pump. In this case, it is possible to connect the heat exchanger formed by at least one armature to the heat pump in such a way that heat is transferred from the heat exchanger into the substrate 2 surrounding the armature. will give. Alternatively, it is possible to connect the heat exchanger to the heat pump in such a way that heat is absorbed from the substrate by the armature forming the heat exchanger.

In Fig. 3 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Wärmetau- schers in Form eines Ankers gezeigt, bei der in das Ankerrohr 4 sowohl eine Leitung 8 für den Vorlauf als auch eine Leitung 20 für den Rücklauf des Wärmeträgers eingesetzt sind. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind die die Leitungen 8 und 20 bildenden Rohre und/oder Schläuche konzentrisch zueinander und zum Ankerrohr 4 angeordnet, was aber nicht zwingend so ist.FIG. 3 shows a variant of the heat exchanger according to the invention in the form of an armature, in which both the conduit 8 for the supply line and a conduit 20 for the return of the heat carrier are inserted into the armature tube 4. In the embodiment shown in Fig. 3, the pipes 8 and 20 forming tubes and / or tubes are arranged concentrically to each other and to the anchor tube 4, but this is not necessarily so.

In Fig. 4 ist ein Anker mit größerem Durchmesser dargestellt, in dem eine Leitung 8 für das Zuführen und eine Leitung 20 für das Abführen des Wärmeträgers aufgenommen ist. Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist in einer bevorzugten Ausführungsform im Raum zwischen dem Untergrund (Baugrund) 2 und dem Ankerrohr 22 eine wärmeleitende Masse, z.B. Thermozement oder Ankermörtel 24, vorgesehen, die einen Wärmeschluss ergibt. Das Ankerrohr 22 trägt an seinem vorderen Ende die im Bohrloch verbleibende Bohrkrone 6. Zwischen der Außenseite der Leitung 20 für das Abführen des Wärme- trägermediums und dem Ankerrohr 22 ist eine Schicht 26 (Thermozement oder Ankermörtel) vorgesehen, die gewährleistet, dass zwischen der Leitung 20 und dem Außenrohr 22, also insgesamt dem Untergrund 2, ein guter Wärmeübergang stattfinden kann.In Fig. 4, an anchor is shown with a larger diameter, in which a line 8 is received for the supply and a line 20 for the discharge of the heat carrier. In the arrangement shown in Fig. 4, in a preferred embodiment, in the space between the subsoil (ground) 2 and the anchor tube 22 is a heat conducting mass, e.g. Thermocement or anchor mortar 24, provided that results in a heat dissipation. The anchor tube 22 carries at its front end the remaining drill hole 6. Between the outside of the line 20 for the removal of the heat transfer medium and the anchor tube 22 is a layer 26 (thermo cement or anchoring mortar) is provided, which ensures that between the line 20 and the outer tube 22, so a total of the substrate 2, a good heat transfer can take place.

Für die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform eines Injektions- bohrankers gibt es zwei Möglichkeiten: einmal ist das Ankerrohr 22 unten geschlossen (versiegelt) und nur ein Schlauch als Leitung 8 eingebracht und kein Beton. Damit trägt das Ankerrohr 22 aber so gut wie nicht (Knickung) . Das Ankerrohr 22 übernimmt hier wie beim Injektionsbohranker das Ankerrohr 4 der Fig. 1 die Funktion der zweiten Leitung für das Abführen des Wärmeträgers. Alternativ bringt man - wie in Fig. 4 gezeigt - einen Koaxialschlauch (Leitung 8 für den Vorlauf und Leitung 20 für den Rücklauf) ein und verfüllt (Mörtel oder Thermozement 26) dann.There are two possibilities for the embodiment of an injection drill anchor shown in FIG. 4: once the anchor tube 22 is closed at the bottom (sealed) and only one hose is introduced as line 8 and no concrete. But this anchor tube 22 carries as good as not (buckling). The anchor tube 22 takes over the function of the second conduit for the discharge of the heat carrier here as in the injection drilling anchor the anchor tube 4 of FIG. 1. Alternatively, as shown in Fig. 4, a coaxial tube (lead 8 for the lead and lead 20 for the return) is introduced and then filled (mortar or thermocement 26).

Der Injektionsbohranker kann einen Außendurchmesser von 51 bis über 150 mm haben. Eine Knickung nach innen ist auf Grund der Wandstärke des Ankerrohres auszuschließen. Beim Einbringen eines Koaxialrohres wird der Ringraum zwischen dem äußeren Rohr und dem Ankerrohr aus Gründen der Wärmeübertragung verfüllt. Dies kann mit Ankermörtel oder besser wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit mit Thermo- zement erfolgen. Fig. 5 zeigt im Schnitt eine verrohrte Haitimerbohrung (geteilte Bohrkrone) mit einem Stützrohr 30, an dessen vorderem Ende eine Ringbohrkrone 32 befestigt ist. Innerhalb des Stützrohres 30 ist eine Leitung 20 für das Abführen eines fluiden Wärmeträgers und innerhalb der Leitung 20 ist eine Leitung 8 für die Zufuhr des Wärmeträgers vorgesehen.The injection drill anchor can have an outside diameter of 51 to over 150 mm. An inward buckling is to be excluded due to the wall thickness of the anchor tube. When introducing a coaxial tube, the annular space between the outer tube and the anchor tube is filled for reasons of heat transfer. This can be done with anchor mortar or better because of the better thermal conductivity with thermal cement. Fig. 5 shows in section a cased Haitimerbohrung (split drill bit) with a support tube 30, at its front end a ring bit 32 is attached. Within the support tube 30 is a line 20 for the discharge of a fluid heat carrier and within the conduit 20 is a line 8 for the supply of the heat carrier is provided.

Um den Wärmeübergang zu verbessern ist sowohl zwischen der Leitung 20 und dem Stützrohr 30 als auch zwischen dem Stützrohr 30 und dem Baugrund 2 Ankermörtel 26 bzw 24 eingebracht. Fig. 6 zeigt das Herstellen einer verrohrten Hammerbohrung (Bauart "Symmetrix" von Atlas Copco) .To improve the heat transfer is introduced both between the line 20 and the support tube 30 and between the support tube 30 and the ground 2 anchor mortar 26 and 24 respectively. Fig. 6 shows the production of a cased hammer bore ("Symmetrix" type from Atlas Copco).

Das Stützrohr 30 wird gemeinsam mit einem innerhalb des Stützrohres 30 angeordneten Bohrer 34 vorgetrieben. Die Bohrkrone 36 ist während des Bohrvorganges mit der am vorderen Ende des Stützrohres 30 vorgesehenen (dort befestigten) Ringbohrkrone 32 lösbar gekuppelt. Sobald das Bohrloch die gewünschte Tiefe erreicht hat, wird die Bohrkrone 36 des Bohrers 34 von der Ringbohrkrone 32 abgekuppelt und aus dem Stützrohr 30 herausgezogen.The support tube 30 is propelled together with a drill 34 arranged within the support tube 30. The drill bit 36 is detachably coupled during drilling with the provided at the front end of the support tube 30 (there fastened) Ringbohrkrone 32. Once the well has reached the desired depth, the drill bit 36 of the drill 34 is uncoupled from the ring bit 32 and pulled out of the support tube 30.

Die Fig. 7 zeigt anhand eines schematisch dargestellten Tun- nelquerschnittes wie Anker, von denen erfindungsgemäß wenigstens einzelne als Wärmetauscher dienen, in einem Tunnelquerschnitt angeordnet sein können.FIG. 7 shows, on the basis of a schematically illustrated tunnel cross section, how anchors, of which according to the invention at least individual heat exchangers can be arranged in a tunnel cross section.

Fig. 8 zeigt dies am Beispiel einer Hangsicherung durch Anker. Die Fig. 7 und 8 zeigen, dass die Ausrichtung der Anker für die Erfindung nicht wesentlich ist, diese können horizontal, vertikal oder schräg ausgerichtet sein.Fig. 8 shows this with the example of a slope protection by anchor. Figures 7 and 8 show that the orientation of the anchors is not essential to the invention, they may be horizontal, vertical or oblique.

Nachstehend wird beispielhaft das Setzen von erfindungsgemäßen Ankern beschrieben:The setting of anchors according to the invention is described below by way of example:

Das Sichern beginnt mit dem Aufbringen der ersten Spritzbeton- schale, um vor allem die Mannschaft zu sichern und den ersten Ausbauwiderstand aufzubringen. Danach werden die Anker gesetzt. Der Anker wird nach der Zementinjektion mit Wasser gespült und anschließend verschlossen, damit beim nachfolgenden Aufbringen der Baustahlgitter und der zweiten Spritzbetonschale der Spülkanal des Ankers nicht wieder mit Spritzbeton verunreinigt wird. Dieses Abdichten des Ankers kann mit einem Bauteil erfolgen, beispielsweise dem Distanzstück von Fig. 9, das die Form einer aufschraubbaren, einseitig verschlossenen Manschette haben kann. Durch Aufbringen einer zweiten Spritzbetonschale wird der Spritzbeton in der er- forderlichen Dicke aufgebracht. Das Distanzstück 40 aus Fig. 9 kann als Messmarke für die Spritzbetonstärke verwendet werden, sowie auch als Reflektor für Konvergenz- oder sonstige geodätische Messungen.Securing begins with the application of the first shotcrete shell, primarily to secure the crew and apply the first removal resistance. After that, the anchors are set. The anchor is rinsed after the cement injection with water and then sealed so that during the subsequent application of the steel mesh and the second shotcrete shell of the irrigation channel of the anchor is not contaminated with shotcrete. This sealing of the armature can be done with a component, such as the spacer of Fig. 9, which may have the form of a screw-on, one-sided sealed sleeve. By applying a second shotcrete shell, the shotcrete is applied in the required thickness. The spacer 40 of FIG. 9 can be used as a measuring mark for the shotcrete thickness, as well as a reflector for convergence or other geodetic measurements.

Das Anschlussstück aus Fig. 2 kann ebenfalls als Reflektor und auch als Befestigungspunkt für die Dichtungsfolie dienen. Das Anschlussstück kann jedoch, wenn die Ausgänge für 8 bzw. 16 z.B. mit Kunststoffstopfen versiegelt sind, gleichzeitig auch als vorübergehender Schutz des freigespülten Ankerinnenraumes dienen.The connector of Fig. 2 can also serve as a reflector and as an attachment point for the sealing film. However, if the outputs for 8 and 16, e.g. sealed with plastic plugs, at the same time serve as a temporary protection of the flushed anchor interior.

Nach den Vortriebsarbeiten erfolgt der Einbau des Tunnelab- dichtungssystems, beispielsweise einer Druckwasserabdichtung mit Hilfe einer Folie. Auf die Spritzbetonoberfläche wird zunächst ein Schutzvlies aufgebracht. Das Schutzvlies ist bergseitig polyesterverstärkt, um Unebenheiten im Spritzbeton abzufedern und auszugleichen. Das Vlies wird mit Rondellen befestigt, die später zum Be- festigen der Abdichtungsfolie dienen. Auf die Rondellen wird nun mittels Heißluftschweißung die Abdichtungsbahn angebracht. Im Falle einer zweilagigen Abdichtung wird zunächst nur die erste Lage der Kunststoffdichtungsbahn aufgebracht, in einem weiteren Arbeitsvorgang dann die zweite Lage. Bei dieser Form der Abdichtung emp- fiehlt es sich, den Anker bereits nach dem Aufbringen der ersten Lage mit seinem Anschlussstück auszustatten. Somit kann (siehe unten) die Dichtigkeitsprüfung der Folienkammern (oder Kissen) mit einem bereits ausgestatteten Anker erfolgen. Nach der Dichtigkeitsprüfung wird somit nicht mehr in den Aufbau der Druckwasserabdich- tung eingegriffen.After the excavation work, the tunnel sealing system is installed, for example a pressure water seal with the aid of a foil. On the shotcrete surface, a protective fleece is first applied. The protective fleece is polyester-reinforced on the mountain side in order to cushion and compensate for unevenness in the shotcrete. The fleece is fastened with rondels, which later serve to fasten the sealing foil. On the rondels is now attached by means of hot air welding, the waterproofing membrane. In the case of a two-ply sealing, initially only the first layer of the plastic sealing strip is applied, in a further operation then the second layer. With this form of sealing, it is recommended to equip the anchor with its connection piece after the first layer has been applied. Thus, (see below) the tightness test of the foil chambers (or pads) can be done with an already equipped anchor. After the leak test, there is no longer any interference in the structure of the pressurized water seal.

Nach dem Fertigstellen der Abdichtung wird zwischen dem Ankerrohr und dem Anschlussstück (Adapter) eine dauerhaft dichte, sowie insbesondere zug- und schubfeste Verbindung geschaffen. Das Herstellen dieser Verbindung kann auf zwei Arten erfolgen: In einer Variante wird in das Ankerrohr ein Gewinde geschnitten, in das dann das Anschlussstück eingeschraubt wird.After completion of the seal between the anchor tube and the connector (adapter) a permanently tight, and in particular tensile and shear-resistant connection is created. This connection can be made in two ways: In one variant, a thread is cut into the anchor tube into which the connector is then screwed.

In einer anderen Variante wird unter Zuhilfenahme eines Klebstoffes das Anschlussstück, als verklebte Schiebehülse verwirklicht, befestigt. Diese Lösung ist vor allem bei Ankern mit größerem Durch- messer in Betracht zu ziehen, da der Querschnitt durch diese Maßnahme eingeengt wird. Das Anschlussstück kann entweder als Über- schubhülse, als Gewindeteil mit Außengewinde auf dem Anker (vorhandenes Gewinde des Injektionsbohrankers) oder als Gewindeteil mit Innengewinde im Anker (vorhandenes Innengewinde beim Injektions- bohranker mit Innengewinde oder einem einzuschneidenden Gewinde) - -In another variant, with the aid of an adhesive, the connecting piece, as realized glued sliding sleeve, attached. This solution is to be considered, above all, for anchors with a larger diameter, since the cross-section is narrowed by this measure. The connection piece can be either as a push-on sleeve, as a threaded part with an external thread on the anchor (existing thread of the injection drill anchor) or as a threaded part with an internal thread in the anchor (existing internal thread in the injection anchor with internal thread or a thread to be cut) - -

ausgebildet sein. In allen drei Fällen wird gegen dieses Gewinde bevorzugt abgedichtet.be educated. In all three cases is preferably sealed against this thread.

Bevorzugt ist ein auf der Baustelle hergestelltes Gewinde. Das Gewinde wird mittels einer Dichtung (Gewindeklebstoff, Hanffa- sern und Locherpaste oder Teflon-Gewindeband) abgedichtet. Das Anschlussstück ist bevorzugt werkseitig vorbereitet und enthält die Anschlussleitungen für den Vor- und Rücklauf des fluiden Wärmeträgers. Zusätzlich ist, für den Fall einer Folienabdichtung, mit Vorteil ein genügend großer Folienfleck dicht an den Adapter an- geschweißt. Dieser Folienfleck wird dann seinerseits mit der Kunst- stoffdichtungsbahn verschweißt. Im Falle der zweilagigen Abdichtung wird er nur mit der ersten Lage verschweißt, da die zweite Bahn erst später aufgebracht wird.Preference is given to a thread produced on the site. The thread is sealed by means of a seal (thread adhesive, hemp fibers and punch paste or Teflon thread tape). The connector is preferably factory-prepared and contains the connection lines for the flow and return of the fluid heat carrier. In addition, in the case of a film seal, advantageously a sufficiently large film spot is welded tightly to the adapter. This film spot is then in turn welded to the plastic sealing strip. In the case of the two-ply seal, it is only welded to the first layer, since the second web is applied later.

Die Fig. 9 zeigt dieses Konzept für die Bauteile des Energie- ankers in der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Das Distanzstück 40 dient zur vorübergehenden Abdichtung, um während des Aufbringens der zweiten Spritzbetonlage den Ankerinnenraum vor Verunreinigungen zu schützen. Es wird außen auf das Ankerrohr 4 aufgeschraubt. Das Anschlussstück 42 ist mit einem Folienfleck 44 für den Fall einer zweilagigen Abdichtung verbunden. Vor dem Aufschrauben wird der Schlauch 8, durch den die koaxiale Zuleitung des Wärmeträgers erfolgt, in den Anker 4 eingeschoben. Mittels eines Doppelnippels kann der Schlauch 8 mit dem Anschlussstück 42 verbunden werden.FIG. 9 shows this concept for the components of the energy armature in the previously described embodiment. The spacer 40 serves as a temporary seal to protect the anchor interior from contamination during the application of the second shotcrete layer. It is screwed onto the outside of the anchor tube 4. The fitting 42 is connected to a foil patch 44 in the case of a double-layered seal. Before screwing the tube 8, through which the coaxial feed line of the heat carrier takes place, inserted into the armature 4. By means of a double nipple hose 8 can be connected to the connector 42.

Anschließend oder unmittelbar nach dem Freispülen des Anker- rohres 4 wird das Ankerrohr 4 an der Ankerspitze gegenüber der Bohrkrone 6 abgedichtet. Dies ist vorteilhaft, da dort der Wärmeträger auf Grund der koaxialen Zuleitung (Leitung 8) und der Rückleitung im Ringspalt zwischen Ankerrohr 4 und Leitung 8 umgelenkt wird. An dieser Stelle hinter der Bohrkrone 6 wird mit Vorteil abgedich- tet. Dies kann beispielsweise mittels eines Packers zusammen mit PU- Schaum oder auf andere Weise erfolgen. Anschließend kann der Anker einer Dichtigkeitsprüfung unterzogen werden. Diese Prüfung kann mittels Wasser oder Druckluft erfolgen, wobei über einen Zeitraum von 15 Minuten kein Druckabfall erfolgen sollte. Nach bestandener Dichtigkeitsprüfung wird die Leitung 8 in das Ankerrohr 4 eingeführt. Sollte deren Eigensteifigkeit bei größeren Ankerlängen nicht ausreichen, empfiehlt es sich, die Leitung 8 mittels eines steifen Drahtes, den man in den die Leitung 8 bildenden Schlauch einschiebt, in das Ankerrohr 4 einzuführen. Dann können die Anker mittels der Anschlussstücke 42 und Schlauchverbindungen zu - einem geschlossenen Kreislauf zusammengeschlossen und mit wenigstens einer Wärmepumpe verbunden werden.Subsequently or immediately after the purging of the anchor tube 4, the anchor tube 4 is sealed at the anchor point opposite the drill bit 6. This is advantageous because there the heat transfer medium due to the coaxial feed line (line 8) and the return line in the annular gap between the armature tube 4 and line 8 is deflected. At this point behind the drill bit 6 is sealed with advantage. This can be done, for example, by means of a packer together with PU foam or in another way. Subsequently, the anchor can be subjected to a leak test. This test can be carried out by means of water or compressed air, with no pressure drop over a period of 15 minutes. After passing the leak test line 8 is inserted into the anchor tube 4. If their inherent rigidity is not sufficient for larger anchor lengths, it is advisable to introduce the conduit 8 into the anchor tube 4 by means of a stiff wire which is inserted into the tube forming the conduit 8. Then the anchors by means of fittings 42 and hose connections to - Connected to a closed circuit and connected to at least one heat pump.

Die Folge der Verfahrensschritte ist nachstehend beispielhaft und tabellenartig wiedergegeben.The sequence of the method steps is reproduced below by way of example and in a table.

3eothermie-Aus- Klebergrat im Ankerinnenraum entfernen, erneute Ankerinnenreinigung durch Stahlbürste statter und Wasserspülung

Remove 3eothermie-de-adhesive ridge in the anchorage, renewed anchorage cleaning by means of a steel brush and water rinse

ueothermie-Aus-JDruckprobe des Ankers auf Dichtigkeit statterueothermie-off-Jprint test of the anchor for tightness

Geothermie-Aus- Krümmerstück (Bauteil 3, Stahl oder Plastik) aufschrauben statterGeothermie-Auskrümmerstück (component 3, steel or plastic) screw on statter

Energieanker fertiggestellt, Anschluss der Leitungen kann erfolgenEnergy anchor completed, connection of the lines can be made

Da Bohrkronen 6 an Ankerrohren 4, die außen meist mit einem Rundgewinde versehen sind, auf diesen nur mit Spiel sitzen, ist es vorteilhaft, das Ankerrohr 4 im Bereich des vorderen Endes, also imSince drill bits 6 to anchor tubes 4, which are usually externally provided with a round thread, sitting on this only with play, it is advantageous, the anchor tube 4 in the region of the front end, ie in

15 Bereich der Bohrkrone 6, abzudichten. Hiefür gibt es grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten. Dieses Abdichten kann durch Einbringen von Dichtmassen, z.B. chemischen Dichtmassen in Form von 2- Komponenten-Dichtmassen, erfolgen. Hiezu kann beispielsweise eine Patrone mit der 2-Komponenten-Dichtmassen in den Anker eingeführt15 area of the drill bit 6, seal. There are fundamentally different possibilities for this. This caulking may be achieved by incorporation of sealants, e.g. chemical sealants in the form of 2-component sealants, done. For this purpose, for example, a cartridge with the 2-component sealing compounds introduced into the anchor

20 und mit der Mörtelfüllung zur Bohrkrone transportiert werden. Dort zerbricht sie oder wird mutwillig zerstört und die aus der Patrone austretenden 2-Komponenten-Dichtmasse dichtet das vordere Ende des Ankerrohres 4 gegenüber der Bohrkrone 6 ab.20 and be transported to the drill bit with the mortar filling. There it shatters or willfully destroyed and emerging from the cartridge 2-component sealant seals the front end of the anchor tube 4 relative to the drill bit 6.

In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass eine DichtungIn another variant it is provided that a seal

25 oder Dichtmasse zwischen dem Außengewinde des Ankerrohres 4 und dem Innengewinde der Bohrkrone 6 eingebracht wird.25 or sealing compound between the external thread of the anchor tube 4 and the internal thread of the drill bit 6 is introduced.

Eine andere Möglichkeit (Fig. 10-12) besteht darin, im Bereich der Bohrkrone 6 eine mechanische Dichtvorrichtung 50 vorzusehen. Die Vorrichtung 50 besteht aus einer Einschlaghülse 52 und einer Ver-Another possibility (FIGS. 10-12) is to provide a mechanical sealing device 50 in the region of the drill bit 6. The device 50 consists of an impact sleeve 52 and a

30 schlussspitze 54, wobei die Einschlaghülse 52 auf dem Schaft 56 der Verschlussspitze 54 verschiebbar ist. Über einen Schaft 56 der Verschlussspitze 54 ist wenigstens ein O-Ring 58 gesteckt, an dem das vordere Ende 60 der Einschlaghülse 52 anliegt. Der O-Ring 58 wird von der Einschlaghülse 52 über den konischen Abschnitt 62 des30 closing tip 54, wherein the fulcrum sleeve 52 is displaceable on the shaft 56 of the closure tip 54. Via a shaft 56 of the closure tip 54 at least one O-ring 58 is inserted, against which the front end 60 of the impact sleeve 52 is applied. The O-ring 58 is moved from the impact sleeve 52 over the conical portion 62 of the

35 Schaftes 56 der Verschlussspitze 54 auf den weiteren Teil 64 des Schaftes 56 verschoben, bis er schlussendlich an der Schulter 66 der Verschlussspitze 54 anliegt, einen größeren Durchmesser aufweist und so an der Innenwand des Ankerrohres abdichtend anliegt. Beim Vorschieben der Einschlaghülse 52 wird diese vom konischen Bereich 6235 shank 56 of the closure tip 54 is moved to the other part 64 of the shaft 56 until it finally abuts the shoulder 66 of the closure tip 54, has a larger diameter and thus sealingly abuts the inner wall of the anchor tube. When advancing the wrapping sleeve 52, this is the conical portion 62nd

40 des Schaftes 56 aufgeweitet, so dass sie fest sitzt und den O-Ring dauerhaft an Anlage an die Schulter 66 hält. In Fig. 11 ist die Situation vor dem Abdichten, also vor dem Vorschieben der Einschlaghülse 52, und in Fig. 12 ist die Situation im abgedichteten Zustand dargestellt.40 of the shaft 56 so that it sits tight and holds the O-ring permanently in contact with the shoulder 66. In Fig. 11 is the Situation before sealing, ie before advancing the wrapping sleeve 52, and in Fig. 12, the situation is shown in the sealed state.

Die Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform eines Adapters 14 am Ankerkopf, wie sie bei Ankerrohren 4 mit einem Durchmesser von 32 mm als Lösung in Betracht gezogen wird. Ankerrohre 4 mit größerem Durchmesser, beispielsweise von 51 mm ("R51"), sind groß genug, um zwei konzentrische Kunststoffrohre als Leitungen 8 und 20 für den Wärmeträger aufzunehmen, wie dies beispielsweise schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Daher ergeben sich weder im Bereich der Bohrkrone 6 noch im Bereich des Ankerkopfes besondere Dichtungsprobleme.Fig. 13 shows an embodiment of an adapter 14 on the anchor head, as it is considered in anchor tubes 4 with a diameter of 32 mm as a solution. Anchor tubes 4 of larger diameter, for example of 51 mm ("R51"), are large enough to accommodate two concentric plastic tubes as conduits 8 and 20 for the heat transfer medium, as shown schematically in Fig. 3, for example. Therefore, there are no special sealing problems either in the area of the drill bit 6 or in the area of the anchor head.

Für Ankerrohre mit kleinerem Durchmesser (32 mm Durchmesser "R32") wird wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes bevorzugt nur ein Rohr 8 eingeführt und das Ankerrohr 4 selbst als Rüc- kführung benützt, wie dies schematisch auch in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.For anchor tubes with a smaller diameter (32 mm diameter "R32"), only one tube 8 is preferably inserted because of the small available space and the anchor tube 4 itself is used as a return guide, as shown schematically in FIGS. 1 and 2 is.

Fig. 13 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Adapters 14 im Bereich des Ankerkopfes. Der Adapter 14 besteht aus einer auf das Rund-Gewinde des Ankerrohres 4 aufgeschraubten Hülse 70 mit einer Innenschulter, in deren Bereich eine O-Ring-Dichtung 72 vorgesehen ist, die zwischen dem äußeren Ende des Ankerrohres 4 und der Schulter in der Hülse 70 geklemmt ist. In der Hülse 70 ist in der Seitenwand eine Gewindebohrung vorgesehen, in die ein Anschlussnippel 74 eingeschraubt ist. Dieser Anschlussnippel 74 nimmt dichtend das Rohr 16 auf.Fig. 13 shows an exemplary embodiment of an adapter 14 in the region of the anchor head. The adapter 14 consists of a screwed onto the round thread of the anchor tube 4 sleeve 70 with an inner shoulder, in the area of an O-ring seal 72 is provided, which is clamped between the outer end of the anchor tube 4 and the shoulder in the sleeve 70 is. In the sleeve 70, a threaded bore is provided in the side wall into which a connection nipple 74 is screwed. This connection nipple 74 sealingly receives the tube 16.

In das offene Ende der Hülse 70 ist über einen Zwischenring 76, der in die Hülse 70 beispielsweise eingeklebt oder eingeschraubt ist, ebenfalls ein Anschlussnippel 74 eingesetzt, durch den dichtend die im Ankerrohr 4 bis zu dessen vorderen Ende geführte Leitung 8 geführt ist.In the open end of the sleeve 70 is via an intermediate ring 76 which is glued or screwed into the sleeve 70, for example, also a connection nipple 74 is inserted through the sealed in the anchor tube 4 to the front end of the line 8 is performed.

Für die Verwendung von Ankern als Wärmetauscher im Sinne der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei Ankern aus mehreren miteinander gekuppelten Ankerrohren 4 zwischen den einzelnen Ankerrohren 4 im Bereich der dort vorgesehenen Kupplungsmuffen 80 Dichtungen 82 vorgesehen sind, um den Austritt von Wärmeträgern zu verhindern.For the use of anchors as a heat exchanger in the context of the invention, it is advantageous if 80 anchors 82 are provided in anchors of several mutually coupled anchor tubes 4 between the individual anchor tubes 4 in the region provided there coupling sleeves 80 to prevent the escape of heat transfer.

Diese Dichtung kann so wie in Fig. 14 dargestellt ausgeführt sein. Diese Ausführungsform ist im Prinzip aus der WO 2004/013531 bekannt und weist eine im Bereich einer Ringrippe 86 eingesetzte Ringdichtung 82 (O-Ring) auf, die vor den Enden 84 der Ankerrohre 4 geklemmt ist. In Fig. 15 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, bei der in der Muffe 80 etwa in deren Mitte in zwei Ringnuten 88, die nach innen offen sind, Ringdichtungen 82 (O-Ringe) eingesetzt sind. DieseThis seal may be as shown in Fig. 14 executed. This embodiment is known in principle from WO 2004/013531 and has an inserted in the region of an annular rib 86 ring seal 82 (O-ring), which is clamped in front of the ends 84 of the anchor tubes 4. In Fig. 15, another embodiment is shown in which in the sleeve 80 approximately in the middle in two annular grooves 88 which are open inwardly, ring seals 82 (O-rings) are used. These

O-Ringe 82 dichten gegenüber an den Enden 84 der Ankerrohre vor- gesehene gewindefreie zylindrische Bereiche derselben ab.O-rings 82 seal against thread-free cylindrical portions thereof opposite the ends 84 of the armature tubes.

Es besteht auch die Möglichkeit im Bereich von Kupplungsmuffen 80 aneinander grenzende Ankerrohre 4 dadurch nach außen hin abzudichten, dass in den Bereich zwischen der Innenfläche der Kupplungsmuffe 80 und Außenfläche der Ankerrohre 4 eine (z.B. aushärten- de) Dichtmasse eingebracht wird. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Enden der Ankerrohre 4 vor dem Einschrauben in die Kupplungsmuffen 80 mit Dichtmasse bestrichen werden.It is also possible in the region of coupling sleeves 80 to seal adjacent armature tubes 4 to the outside in such a way that a (for example, hardening) sealing compound is introduced into the area between the inner surface of the coupling sleeve 80 and outer surface of the armature tubes 4. This can be done, for example, that the ends of the anchor tubes 4 are coated before being screwed into the coupling sleeves 80 with sealant.

Im Zusammenhang mit dem Abdichten von Ankern, die erfindungsgemäß als Wärmetauscher eingesetzt werden, werden u.a. folgende Möglichkeiten in Betracht gezogen, wobei auch die weiter oben in dieser Beschreibung genannten Beispiele im Rahmen der Erfindung für das Abdichten in Betracht gezogen sind.In connection with the sealing of anchors, which are used according to the invention as a heat exchanger, u.a. the following possibilities are taken into consideration, whereby also the examples mentioned above in this description are considered within the scope of the invention for the sealing.

- Abdichten Bohrkrone-Ankerrohr : Wenn eine Dichtung im Bereich der Gewinde erfolgt, ist auch für ein Verschließen (Abdichten) der Spüllöcher in der Bohrkrone zu sorgen.- Sealing of the drill bit anchor tube: If a seal is made in the area of the thread, it is also necessary to close (seal) the flush holes in the drill bit.

Eine Abdichtung im Ankerrohr selbst, so dass zusätzliche Dichtmaßnahmen im Bereich der Gewinde und der Spüllöcher in der Bohrkrone nicht erforderlich sind. Solche Abdichtungen können mechanische (Fig. 10-12) oder "chemische" in Form von Schäumen, 2-Komponenten-Dichtmassen od.dgl. sein.A seal in the anchor tube itself, so that additional sealing measures in the area of the thread and the holes in the drill bit are not required. Such seals may be mechanical (FIG. 10-12) or "chemical" in the form of foams, 2-component sealants or the like. be.

- Abdichten im Bereich von Kupplungen von Ankerrohren: Mechanische Dichtungen ähnlich Fig. 14 und 15, oder Gewindekleber, Dichtpasten, Dichtbänder, Dichtringe aus weichem Werkstoff, die sich beim Einbohren des Ankers in den Spalt um die Fasen an den Enden der Ankerstangen hineinverformen, und Kombinationen der genannten Maßnahmen.- Sealing in the range of couplings of anchor tubes: Mechanical seals similar to Figures 14 and 15, or thread adhesives, sealing pastes, sealing bands, sealing rings made of soft material, which deform when drilling the anchor into the gap around the chamfers at the ends of the anchor rods, and Combinations of said measures.

- Abdichten Ankerkopf:- Sealing anchor head:

Bei konzentrischen Rohren können zum Abdichten in der Installationstechnik übliche Maßnahmen angewendet werden. Daneben ist im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogen, gegen das Gewinde zwischen Ankerrohr und Anschlussstück (Adapter) abzudichten.For concentric pipes, conventional measures can be used to seal installation technology. In addition, it is considered within the scope of the invention, against the Seal thread between anchor tube and fitting (adapter).

Nachstehend wird das zweckmäßige Betreiben einer Erdwärmeanlage mit den erfindungsgemäß als Anker ausgebildeten Wärmetau- schern beschrieben.The functional operation of a geothermal plant with the heat exchangers embodied as armatures according to the invention will be described below.

Die dem Boden entziehbare Leistung verringert sich mit der Dauer der Heizperiode. Somit steht im (Hoch) Winter (Zeitraum Dezember/Jänner) am wenigsten Leistung zur Verfügung. Dies ist in Fig. 16 veranschaulicht . Diese Leistungsausbeute kann durch einen intermittierenden Anlagenbetrieb, der den thermischen Speicher im Boden schont, gesteigert werden. Mit dem erfindungsgemäß als Anker ausgebildeten Wärmetauscher ist dies möglich. Ein intermittierender Betrieb ist schematisch in Fig. 17 gezeigt und wird nachstehend erläutert. Die Energieausbeute ist beim intermittierenden Anlagenbetrieb vor allem durch eine Schonung des Bodenspeichers am Periodenbeginn größer, da das Abfallen der Leistungskurve verringert wird.The power which can be extracted from the floor is reduced with the duration of the heating period. Thus in the (high) winter (period December / January) the least power is available. This is illustrated in FIG. 16. This power output can be increased by an intermittent plant operation, which protects the thermal storage in the ground. With the inventively designed as an anchor heat exchanger, this is possible. An intermittent operation is schematically shown in Fig. 17 and will be explained below. The energy yield is greater in the intermittent plant operation, especially by a conservation of the soil storage at the beginning of the period, since the drop in the power curve is reduced.

Eine hier in Betracht gezogene Erdwärmeanlage besteht aus der Wärmepumpe selbst, aus einem Solekreislauf und aus einem Heizkreis- lauf.A geothermal plant considered here consists of the heat pump itself, a brine circuit and a heating circuit.

Der Solekreislauf wird direkt mit dem Wärmetauscher (erfindungsgemäß: wenigstens ein Anker) verbunden, es entsteht ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf .The brine circuit is connected directly to the heat exchanger (according to the invention: at least one armature), creating a closed fluid circuit.

Absorbermedium (Wärmeträger) wird im Solekreislauf mit einer vorgewählten Temperatur in den Boden geleitet (nicht kälter als 0'C, um ein Gefrieren des Bodens zu verhindern) und erwärmt sich dort um etwa 3 bis 5^'C, bevor es in die Wärmepumpe geleitet wird. In der Wärmepumpe wird durch einen Carnot-Prozess in der Wärmepumpe das Temperaturniveau auf etwa 25 bis 45° C erhöht, womit direkt in der Heizanlage eines Wohnhauses oder Bürogebäudes eingespeist werden kann.Absorber medium (heat transfer medium) is conducted in the brine circuit of a preselected temperature in the floor (not colder than 0'C to freezing to prevent the ground) and is heated there by about 3 to 5^'C, before it is passed into the heat pump , In the heat pump, a Carnot process in the heat pump raises the temperature level to about 25 to 45 ° C, which can be fed directly into the heating system of a residential building or office building.

Es ist vorteilhaft, die Eintrittstemperatur des Absorbermediums (Wärmeträger) in den Anker dermaßen zu begrenzen, dass kein Gefrieren des Bodens eintritt. Dies kann dadurch erfolgen, dassIt is advantageous to limit the inlet temperature of the absorber medium (heat carrier) in the anchor so that no freezing of the soil occurs. This can be done by:

- die Eintrittstemperatur des Wärmeträgers entsprechend geregelt wird (etwa durch Messen der Ein- und Austrittstemperatur aus dem Anker mit Temperaturfühlern)- The inlet temperature of the heat carrier is controlled accordingly (for example, by measuring the inlet and outlet temperature from the armature with temperature sensors)

und/oder die Anlage in einem Intervallbetrieb betrieben wird (d.h. sie schaltet nach einer entsprechenden Betriebsdauer oder bei Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes aus), so dass das Temperaturregime des Bodens möglichst wenig gestört wird, und das Wärmereservoir des Bodens erhalten bleibt (siehe entsprechende Abbildung mit verschiedenen Betriebszeiten pro Tag) .and or the system is operated in an interval operation (ie it switches off after a corresponding operating time or when a temperature limit is exceeded), so that the temperature regime of the soil is disturbed as little as possible, and the heat reservoir of the soil is maintained (see corresponding figure with different operating times per day ).

Vorteilhaft ist eine ausgeglichene Bilanzierung über das ganze Jahr. Das heißt, die im Winter während des Heizens entzogene Energie sollte während des Kühlbetriebs im Sommer wiederum in der selben Menge eingebracht werden. Damit bleibt auch die Langzeitverfügbarkeit der Erdwärme gewährleistet.A balanced accounting over the whole year is advantageous. This means that the energy extracted in winter during heating should again be introduced in the same amount during the cooling operation in the summer. This also ensures the long-term availability of geothermal energy.

Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden:In summary, an embodiment of the invention can be described as follows:

Anker, insbesondere Injektionsbohranker, werden als Wärmetauscher in Kombination mit Wärmepumpen verwendet, um dem Untergrund 2 Wärme zuzuführen (Wärmespeicherung, gegebenenfalls in Kombination mit dem Klimatisieren eines Gebäudes) oder dem Untergrund Wärme zu entziehen (Wärmepumpen-Heizung) , . wozu in das Rohr 4 des Ankers wenigstens eine Leitung 8 zum Zuführen eines Wärmeträgers eingeführt wird. Der Wärmeträger strömt durch den Raum zwischen der Leitung 8 und dem Ankerrohr 4 unter gleichzeitigem Austausch von Wärme mit der Umgebung zurück. In einer alternativen Ausführungsform können in dem Ankerrohr 4 eine Zu- und Ableitung (Vor- und Rücklauf) für den Wärrαeträger untergebracht sein. Von Vorteil ist es, dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Wärmetauschers zwei Ziele, nämlich ein Wärmetauscher und das Sichern von Gebirge oder Untergrund für den Anker, erreicht werden.Anchors, in particular injection anchors, are used as heat exchangers in combination with heat pumps to supply heat to the subsurface 2 (heat storage, possibly in combination with the air conditioning of a building) or to extract heat from the subsoil (heat pump heating),. for which purpose at least one conduit 8 for supplying a heat carrier is introduced into the tube 4 of the armature. The heat carrier flows back through the space between the conduit 8 and the anchor tube 4 with simultaneous exchange of heat with the environment. In an alternative embodiment, an inlet and outlet (supply and return) for the heat carrier can be accommodated in the anchor tube 4. It is advantageous that two objectives, namely a heat exchanger and the securing of mountains or ground for the anchor can be achieved by the inventive design of the heat exchanger.

Claims

Translated fromGerman

Ansprüche claims1. Wärmetauscher, der von einem Wärmeträger durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Anker mit einem Ankerrohr (4) ist, der zur Sicherung von Gebirge oder Untergrund (2) gesetzt worden ist.1. heat exchanger, which is flowed through by a heat transfer medium, characterized in that the heat exchanger is an anchor with an anchor tube (4), which has been set to secure mountains or ground (2).2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d^'ass im Ankerrohr (4) eine Leitung (8) zum Zuführen von Wärmeträger vorgesehen ist.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that d^'ass in the armature tube (4) a line (8) is provided for supplying heat transfer medium.3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (8) bis zu dem im Bohrloch tiefst angeordneten Ende des Ankerrohres (4) reicht.3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the line (8) extends to the downhole in the well end of the anchor tube (4).4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerrohr (4) die Leitung (20) für den Rücklauf des Wärmeträgers ist.4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the armature tube (4) is the conduit (20) for the return of the heat carrier.5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an das außerhalb des Untergrunds (2) liegende Ende des Ankerrohres (4) ein Anschlussstück (Adapter 14) für das Zuführen und das Abführen des Wärmeträgers angeschlossen ist.5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the outside of the substrate (2) lying end of the anchor tube (4), a connecting piece (adapter 14) for supplying and discharging the heat carrier is connected.6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ankerrohr (4) eine Leitung (8) für den Vorlauf und eine Leitung (20) für den Rücklauf des Wärmeträgers vorgesehen ist.6. Heat exchanger according to claim 1 or 5, characterized in that in the armature tube (4) is provided a line (8) for the flow and a line (20) for the return of the heat carrier.7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (8 und 20) zueinander konzentrisch angeordnet sind.7. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the lines (8 and 20) are arranged concentrically to each other.8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerrohr (4) gegenüber der an ihm angeordneten Bohrkrone (6) abgedichtet ist.8. Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the anchor tube (4) relative to the drill bit arranged on it (6) is sealed.9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung durch zwischen das Ankerrohr (4) und die Bohrkrone (6) eingebrachte Dichtmasse ausgeführt ist.9. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the seal is carried out by between the anchor tube (4) and the drill bit (6) introduced sealing compound.10. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des vorderen, der Bohrkrone (6) benachbarten Endes des Ankerrohres (4) eine mechanische Abdichtung (50) eingesetzt ist, die das vordere Ende des Ankerrohres (4) im Bereich der Bohrkrone (6) abdichtet.10. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that in the region of the front, the drill bit (6) adjacent end of the anchor tube (4), a mechanical seal (50) is inserted, which is the front end of the anchor tube (4) in the drill bit (6) seals.11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) einen aufweitbaren Dichtring (58) aufweist.11. Heat exchanger according to claim 10, characterized in that the device (50) has an expandable sealing ring (58).12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) eine Verschlussspitze (54) und eine relativ zu dieser verschiebbare Einschlaghülse (52) aufweist, wobei die Ring- dichtung (58) zwischen der Verschlussspitze (54) und der Einschlaghülse (52) angeordnet ist.12. A heat exchanger according to claim 11, characterized in that the device (50) has a closure tip (54) and a relative to this slidable impact sleeve (52), wherein the ring seal (58) between the closure tip (54) and the impact sleeve (52) is arranged.13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtung (58) auf einem Schaft (56) der Verschlussspitze (54) verschiebbar angeordnet ist.13. Heat exchanger according to claim 12, characterized in that the ring seal (58) on a shaft (56) of the closure tip (54) is displaceably arranged.14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (56) einen konischen Abschnitt (62) und einen zylindrischen Abschnitt (64) aufweist.14. Heat exchanger according to claim 13, characterized in that the shaft (56) has a conical portion (62) and a cylindrical portion (64).15. Wärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich- net, dass der Schaft (56) in eine Bohrung in der Einschlaghülse (52) eingreift.15. Heat exchanger according to claim 12 or 13, characterized marked, that the shaft (56) engages in a bore in the impact sleeve (52).16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtung (58) in der Dichtstellung vom vorderen Ende der Einschlaghülse (52) gegen eine Ringschulter (60) der Einschlagspitze (54) gehalten ist.16. Heat exchanger according to one of claims 12 to 15, characterized in that the annular seal (58) in the sealing position from the front end of the wrapping sleeve (52) against an annular shoulder (60) of the impact tip (54) is held.17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßbereich aneinander grenzender Ankerrohre (4) durch wenigstens eine in eine dort vorgesehene Kupplungsmuffe (80) vorgesehene Dichtung (82) abgedichtet ist.17. Heat exchanger according to one of claims 1 to 16, characterized in that the joint region of adjoining anchor tubes (4) is sealed by at least one provided in there provided a coupling sleeve (80) seal (82).18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtung (82) wenigstens ein Dichtungsring vorgesehen ist.18. Heat exchanger according to claim 17, characterized in that as a seal (82) is provided at least one sealing ring.19. Wärmetauscher nach Anspruch.18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (82) in eine Nut, die zum Inneren der Kupplungsmuffe (80) hin offen ist, eingesetzt ist.19. A heat exchanger according to claim 18, characterized in that the sealing ring (82) in a groove which is open to the interior of the coupling sleeve (80) is inserted.20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (14) auf das äußere Ende des Ankerrohres (4) aufgeschraubt ist.20. Heat exchanger according to one of claims 5 to 19, characterized in that the adapter (14) is screwed onto the outer end of the anchor tube (4).21. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (14) auf das äußere Ende eines Anker- rohres aufgeklebt ist.21. Heat exchanger according to one of claims 5 to 19, characterized in that the adapter (14) is glued to the outer end of an anchor tube.22. Wärmetauscher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (14) einen Ansatz mit Außengewinde aufweist, so dass er in ein am Ende des Ankerrohres (4) vorgesehenes Innengewinde eingeschraubt ist.22. Heat exchanger according to claim 20, characterized in that the adapter (14) has an extension with external thread, so that it is screwed into a at the end of the anchor tube (4) provided internal thread.23. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Adapter ein Nippel (74) für das Festlegen der Rückflussleitung (16) für Wärmeträger eingesetzt ist.23. Heat exchanger according to one of claims 20 to 22, characterized in that in the adapter, a nipple (74) for fixing the return line (16) is used for heat transfer.24. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Adapter (14) ein Nippel (74) vorgesehen ist, durch den die Leitung (8) für Wärmeträger dichtend geführt ist.24. Heat exchanger according to one of claims 20 to 23, characterized in that in the adapter (14) a nipple (74) is provided, through which the line (8) is guided sealingly for heat transfer medium.25. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Distanzstück vorgesehen ist, das zum vorübergehenden Verschließen des äußeren Endes des Ankerrohres (4) auf dieses aufsetz-, insbesondere aufschraubbar ist.25. Heat exchanger according to one of claims 20 to 24, characterized in that a spacer is provided, which for temporarily closing the outer end of the anchor tube (4) on this touchdown, in particular screwed.26. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der als Wärmetauscher dienende Anker mit einer Wärmepumpe verbunden ist.26. Heat exchanger according to one of claims 1 to 25, characterized in that the serving as a heat exchanger armature is connected to a heat pump.27. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der als Wärmetauscher dienende Anker mit der Wärmepumpe derart verbunden ist, dass er aus dem Untergrund Wärme aufnimmt.27. Heat exchanger according to claim 26, characterized in that the serving as a heat exchanger armature is connected to the heat pump such that it absorbs heat from the ground.28. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der als Wärmetauscher dienende Anker mit der Wärmepumpe derart verbunden ist, dass er Wärme in den Untergrund abgibt.28. Heat exchanger according to claim 26, characterized in that the serving as a heat exchanger armature is connected to the heat pump such that it emits heat into the ground.29. Verfahren zum Betreiben einer Erdwärmeanlage mit einer Wärme- pumpe, einem Solekreislauf, einem Heizkreislauf und wenigstens einem29. A method for operating a geothermal plant with a heat pump, a brine circuit, a heating circuit and at least oneWärmetauscher in Form eines Ankers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmeanlage intermittierend betrieben wird.Heat exchanger in the form of an anchor according to one of claims 1 to 28, characterized in that the geothermal plant is operated intermittently.30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmeanlage mit einer Betriebsdauer von weniger als 24 Stunden je30. The method according to claim 29, characterized in that the geothermal plant with an operating time of less than 24 hours eachTag betrieben wird.Day is operated.31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmeanlage mit einer Betriebsdauer von 6 Stunden je Tag betrieben wird.31. The method according to claim 30, characterized in that the geothermal plant is operated with an operating time of 6 hours per day.32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmeanlage mit einer Betriebsdauer von 12 Stunden je Tag betrieben wird.32. The method according to claim 30, characterized in that the geothermal plant is operated with an operating period of 12 hours per day.33. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmeanlage derart betrieben wird, dass das Erdreich im Bereich des wenigstens einen als Wärmetauscher verwendeten Ankers im nicht gefrorenen Zustand verbleibt.33. The method according to any one of claims 28 to 32, characterized in that the geothermal plant is operated such that the soil in the region of at least one armature used as a heat exchanger remains in the non-frozen state.34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmeanlage beim Unterschreiten einer vorgewählten Temperatur im Bereich des wenigstens einen als Wärmetau- scher dienenden Ankers abgeschaltet wird.34. The method according to any one of claims 28 to 33, characterized in that the geothermal plant is switched off when falling below a preselected temperature in the region of the at least one serving as a heat exchanger shear anchor.35. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger (Absorbermedium) im Solekreislauf mit einer Temperatur von mehr als 0'C in den Boden geleitet wird.35. The method according to any one of claims 28 to 34, characterized in that the heat transfer medium (absorber medium) is passed in the brine circuit at a temperature of more than 0'C in the ground.36. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Wärmeträgermediums am - -36. The method according to any one of claims 28 to 35, characterized in that the inlet temperature of the heat transfer medium on - -Eingang und am Ausgang aus dem als Wärmetauscher dienenden Anker gemessen wird.Input and output is measured from serving as a heat exchanger anchor.