专利名称：用于连接至少两个管的套管的制作方法
用于连接至少两个管的套管本发明涉及一种用于连接地热交换装置的至少两个管的套管(Muffe)，该套管具 有至少一个雌套管部分和至少一个可插入到所述雌套管部分中的雄套管部分，其中在这些 套管部分之间设有至少一个用于使得这些套管部分特别是液体密封地密封的流体密封件。地热交换装置这种设备为了相互作用或者为了热交换而至少局部地与土壤接触， 优选至少局部地沉降在土壤中。这种地热交换装置可以包括热交换器、地热探测器、地热收 集器等以及其它管状部件，这些管状部分插入到土壤中或者是与建筑物或设备或机构连接 的连接管路。通过与土壤或地下水进行热交换，热量被传递到在地热交换装置的管中流动 的流体上，以便将所得到的热量用于加热建筑物或设备或机构。但地热交换装置也可以采 用类似的方式用于冷却建筑物或设备或机构。通常，这种装置使用塑料管，因为塑料管一方 面不会腐蚀或腐烂，另一方面可成本低廉地制得，且易于加工。因为这种管仅仅出于输送原 因就不能制成和建成任意长度，所以需要所述类型的套管，借此能分别连接地热交换装置 的至少两个这种管。这种套管最好也由塑料制成，因为其也要尽可能耐腐蚀、不腐烂且可成 本低廉地制得。对这种套管的另一个要求是直径不能明显大于要连接的管的直径。因此，套管部 分的材料厚度或壁厚受到限制。通过对一次性组装成的地热交换装置的灌装，管中流动的流体特别是液体如水或 盐水会产生很大的持久地作用到管和套管上的管内部压力。经验表明，由于所使用的材料 特别是塑料材料的弹性，所述持久的压力载荷会随着时间的推移而导致套管并非所愿地变 宽。于是由此要么会产生不密封，要么经过一定的时间后会使得套管出现彻底断裂。本发明的目的是，对上述类型的套管加以改进，使得能克服或者至少大大地减小 所述问题。根据本发明，此点的实现方式为，设有至少一个优选管状的或套筒状的增强体，该 增强体支撑两个套管部分中的至少一个套管部分，优选至少支撑雌套管部分，以免该套管 部分径向变形优选径向膨胀，该增强体的构成材料或材料组成不同于该套管部分。本发明因而规定，利用增强体来防止套管随着时间的推移在压力作用下变形，特 别是膨胀。在此特别是要避免塑性变形。但由于套管的弹性变形也会导致不密封，所以至 少还要对所述弹性变形加以限制，使得能避免泄漏。由于增强体使得套管至少以足够的程 度保持其最初的形状，因而使得上述问题得以消除。为此，增强体的制成材料最好不腐蚀以 及不腐烂。为了实现其功能，最好使得增强体的材料或材料组成具有高的疲劳强度，且轻微 的膨胀处于弹性范围内。增强体由此形成一种防护，借此使得套管即使在持久负荷下也能 至少以足够的程度保持其形状，进而保持其功能。本发明意义下的概念“管”特别系指中空体，液体或气体可以穿过这种中空体。概 念“管”因而应做广义理解，特别是意指这种中空体的形状和大小不应受到限制。因而从实 际上来看，地热交换装置、特别是还有地热交换器、地热探测器和地热收集器，被组合成一 个大件，或者主要由管组成。除了套管本身外，本发明还涉及一种用于本发明的套管的雄套管部分和/或一种用于本发明的套管的雌套管部分和/或一种用于本发明的套管的增强体。此外，本发明还 涉及一种具有至少一个本发明的套管的地热交换装置，特别是在组装状态下具有至少两个 借助套管相互连接的管的地热交换装置。在此优选规定，这些管至少在它们在组装状态下 与套管部分直接接触的区域中具有与所述套管部分相同的材料、优选相同的塑料。优选规定，流体密封件，优选还有必要时存在的附加密封件，都至少在套管的组装 状态下贴靠在增强体上，或者被该增强体支撑和/或被该增强体包围。其它细节和特征可由下面对照附图对本发明的各种不同的实施例的说明得到。图 中示出
图1至6示出了第一实施例；图7至10示出了该第一实施例的各种不同的变型设计的实例，这些实例具有各种 不同的增强体；和图11示出本发明的形式为用于连接三个管的T形件的实施例。图1示出地热交换装置第一实施例的连接两个管1的套管的区域。图2为该装置 的纵剖视图。在组装状态下，如图1和2所示，在所有实施例中规定，雌套管部分2和位于 其中的雄套管部分3不可相对移动，或者说它们是固定的。在所示变型设计中，雌套管部 分2和雄套管部分3在组装状态下形成了可卡锁的插塞连接。但并不强制要求如此，在本 发明的实施方式中也可以采用其它形状配合的连接，例如插塞连接、螺旋连接、卡口式连接 等。在所有这些实施方式中，所述连接最好还能手动地或者借助于辅助工具再次松开，而此 时不会损坏或损伤套管。为了能使得两个套管部分2和3相互卡锁，在附图所示的实施例 中设有卡锁套筒6，在套管的组装状态下，该卡锁套筒包围雌套管部分2和雄套管部分3之 间的连接区域。在此最好规定，在套管的组装状态下，该卡锁套筒以至少一个卡入的和/或 可松开的连接的形式保持在雌套管部分2和/或雄套管部分3上。在附图所示的实施例 中，卡锁套筒6固定地设置在雌套管部分2上。在此，该卡锁套筒在后面接合优选环带形的 凸起11。特别是如在图1和3中可清楚地看到，卡锁套筒6具有膨胀缝9，由此形成了能弹 性变形的舌形卡锁部13。如图2中所示，一旦设置于雄套管部分3上的优选环带形的凸起 11朝向雌套管部分2移动，直至榫舌13在后面接合设置在雄套管部分3上的凸起11，雄套 管部分3就在插入到雌套管部分2中的情况下自动地卡锁。在这种状态下，两个套管部分 2和3相互卡锁。卡锁套筒6防止两个套管部分沿着套管的纵轴线14的方向彼此离开。在此，原则上也可以代替卡锁套筒6而使用卡夹等，以便使得两个套管部分2和3 沿着纵轴线14的方向相对固定。卡锁套筒6或多或少地完全包围两个套管部分2和3相 互插入所在的区域，但使用这种基本上闭合的卡锁套筒6具有优点，即这种卡锁套筒6至少 能局部地抑制污物进入到雄和雌套管部分2和3之间的连接区域中。组装状态在任何情况下都系指两个套管部分2和3完全地相互插入的状态，此时 流体密封件4使得两个套管部分2和3相互密封，并使得套管部分2和3相互固定。如前所述，在根据图1-6的第一实施例中，卡锁套筒6主要用于将使得两个套管部 分2和3沿着轴向14保持在一起。相反，为了防止套管部分2和3沿着径向即垂直于纵轴 向14变宽而危及密封效果，在所示实施例中设有增强体5。该增强体用于支撑两个套管部 分2和3中的至少一个套管部分，优选支撑雌套管部分2，以免发生垂直于轴向14的径向膨 胀。因此，例如可以使得增强体5仅仅支撑外部的即雌的套管部分2，进而同时支撑雄套管部分3，以免过于径向膨胀，这样就已经足够了。但根据套管部分2和3的具体形状也可以 规定，增强体5支撑着雄套管部分3和雌套管部分2，或者直接雄套管部分3，优选由此间接 支撑雌套管部分2，以免发生径向膨胀。为此，使得增强体5的构成材料或材料组成不同于 套管部分2、3中的至少一个套管部分。但在此相应地同样有利的是，使得增强体5的构成 材料或材料组成不同于雄套管部分3和雌套管部分2。原则上可以利用相应的壁厚来实现 所需要的增强体强度。但优选规定，增强体5的材料或材料组成在拉应力明显大于雄套管部分3和/或 雌套管部分2的材料或材料组成时，才达到其弹性极限。在此特别优选的是，增强体5的材 料或材料组成最早在张应力比雄套管部分3和/或雌套管部分2的材料或材料组成的弹性 极限大至少4倍，或者更有利地大至少10倍，或者至少大40倍时，达到其弹性极限。弹性 极限在此表示机械的张应力的某个值，超过该值就会发生塑性变形。在应力-膨胀曲线图 中，该值是应力-膨胀曲线偏离于直线的弹性区域时所在的点。对于用于制造增强体的所 述材料或材料组成例如金属、纤维增强的塑料等来说，材料特性如在持久受力情况下允许 的抗拉强度和抗压强度通常是公知的。为了实现可靠的疲劳强度，在确定增强体5的材料 横截面大小时，要考虑到足够的安全性。最后有利地规定，在工作中在套管上由于重力和压 力而产生拉应力的情况下，增强体5始终都仅发生纯粹的弹性变形。如果使用塑料例如聚乙烯特别是PEHD、聚丙烯、聚丁烯或PVC来制造雄套管部分 3和/或雌套管部分2，则这些材料达到其弹性极限时的拉应力在室温和常规大气压下处 于ΙΟΝ/mm2的数量级。于是在上述的4倍或10倍情况下，为了制造增强体5，最好使用如 下材料或材料组成，其在室温和常规大气压下，在拉应力至少为40N/mm2，优选至少为IOON/ mm2时，仍仅发生纯粹的弹性变形，而不会在卸载时留下塑性变形。在优选的30倍或40倍 情况下，针对增强体使用如下材料或材料组成，其在室温和常规大气压下，在拉应力至少为 300N/mm2，优选至少为400N/mm2时，仍仅发生纯粹的弹性变形。优选规定，增强体5至少环形地或套筒状地包围或支撑雌套管部分2，优选包围或 支撑两个套管部分2、3。在根据图1至6的第一实施例中，增强体5的形式为双壁的套筒， 其套到且密封地压靠到雌套管部分2的朝向雄套管部分3的端部12上。增强体5在本实 施例中经过适当成型，使得雄套管部分3插入到套筒状的增强体5中。根据该变型方案，增 强体5还附加地是流体密封件4的支撑体。该流体密封件用于使得套管完全密封，从而在 套管的组装状态下不会有流体从外面进入到套管中，也不会有流体正好相反地从内部向外 离开套管。如图所示，流体密封件4为此最好具有密封唇，密封唇在套管的组装状态下全面 地环形闭合，并贴靠在雄套管部分3的外轮廓上，因而持久地负责充分的密封。这里也可以 考虑和采用其它形式的密封件，例如O形环。流体密封件4的设计细节取决于要在地热探 测器或管路系统中输送何种流体和要涵盖多大的压力等级。所述流体通常是液体，例如水 或盐水，所以针对流体密封件4要使用相应的材料，例如橡胶。图5和6示出第一实施例的增强体5。在此，图6是侧视图，而图5为沿着图6的 剖切线AA的剖视图。图3和4示出雌套管部分2和雄套管部分3处于相互分开的状态。与图1和2相 反，在所示附图中，这两个套管部分并未与管1连接。为了紧固管1，套管部分2和3各有一 个环形槽8，管1可以插入到或者例如焊接到所述槽中。在此可以使用各种不同的管1。在第一实施例中，如在图1和2中可见，所述管是所谓的波纹管1。但当然也可以替代地使用 平式管、结式管(Noppenrohr)等。管1以及套管均为内部中空结构，从而能在其内部输送 液体或气体。可以采用焊接、粘接、螺旋连接、铆接或其它现有技术中公知的措施，将管1密 封地且耐压地固定在两个套管部分2和3上。但优选规定，管1与套管部分2和3相互焊 接，优选摩擦焊接。为此最好用同一种材料制造管1和分别要固定于其上的套管部分。因 此，针对管1最好也使用上面已经就套管所述的塑料，尽管并不强制要求如此。对于地热交换装置而言，套管和管1的内直径至少为25mm，优选在25mm和250mm 之间的范围内。一方面为了能与土壤或地下水尽可能充分地进行热交换，而另一方面还能 达到所需要的强度，管1的壁厚例如可以在1和IOmm之间。在管直径例如为63mm时，套管 的最小抗拉强度沿着轴向在总体上至少为4000N。地热交换装置的一种特别有利的实施方 式规定，无论雌套管部分2还是雄套管部分3以及卡锁套筒6还有管1，都至少有50 %的体 积，优选全部地由同一种材料，优选由同一种塑料制成。当然也可以仅仅两个套管部分2和 3及必要时的管1由同一种材料制得，也完全可以仅仅两个套管部分之一 2或3连同卡锁套 筒6由同一种材料制成，而其它套管部分和必要时的管由其它材料制成。如第一实施例中所示，增强体5可以是一开始分开制造的部件，其优选可通过插 塞、压紧、粘接、拧上或绕上而与雌套管部分2和/或雄套管部分3连接。在这里，增强体5 可以由不同的材料的制得。根据图1至6的第一实施例例如规定，增强体由金属、优选钢或 特种钢制得。在地热交换装置的套管中出现内部压力情况下，这种材料纯弹性地做出反应。 而不会出现塑性变形，因为并未达到这种材料的弹性极限。在这种情况下最好考虑到安全 系数。这样就能利用增强体5持久地保护套管，以免并非所愿地变宽。为了确保长久的稳定 性，特别是在使用地热交换装置的套管时，最好能使得增强体5的材料相应持久地耐腐蚀。 这里推荐使用特种钢来制造增强体5。在使用地热探测器时，套管在工作状态下在外部被土壤、充填材料或混凝土等包 围。地热交换装置的管1同样被掩埋、用混凝土浇固、插入到事先钻好的孔中，并被充填，和 /或借助本已公知的打桩机构或振动机构被打入地下。此点例如可以利用在管1和套管的 内部移动的打桩杆(Rammstange)来实现，该打桩杆在下部被打桩脚或探测器脚封闭。在这 里，通常仅仅管路最下面的区域被探测器脚的外壳包围。余下的管路以及套管则无论在被 打入时还是在以后的工作状态下都直接与土壤、充填材料或混凝土接触。因此在现有技术 中又始终都会出现污物进入到套管中的问题。特别是在打入时，土壤、支撑液体或充填材料 经常直接被压入到套管中。这会导致在使用流体密封件4时会出现密封问题。为了避免这 些问题，可以规定，除了被设置用于特别是液体密封地密封的流体密封件4外，还设有附加 密封件7，该附加密封件至少在套管的组装状态下与流体密封件4相比离开雄套管部分3的 伸入到雌套管部分2中的端部10更远地布置。因此，该附加密封件7的主要功能是除污和防止从外部带来的液体、充填材料或 其它脏污颗粒到达流体密封件4。如在此处所示的实施例中，该附加密封件7可以是密封 圈，优选是橡皮圈。在此有利的是，该附加密封件7布置在环形槽中，所述槽如在这些实施 例中所示位于雄套管部分3上，或者位于雌套管部分2上，或者也可以位于增强体5或卡锁 套筒6上。在根据图1至4的第一实施例中，该附加密封件7在任何情况下都作为单独的部 件布置在雄套管部分3和增强体5之间。但并非强制要求如此。如下述实施例所示，例如完全也可以使得附加密封件7在组装状态下在雄套管部分3和雌套管部分2之间起作用。图7至11中示出了替代的设计方式。图7至10在此是剖视图，在这些剖视图中 分别仅示出了在卡锁套筒6的区域中套管的上半部。在根据图7的实施例中，作为增强体 5，设有雌套管部分2的优选多层的线圈，该线圈由优选连续的纤维构成。增强体5主要沿 着雄套管部分3所能插入其中的区域延伸。该线圈可以作为单独的部件来制造，其插塞到、 压到或粘接到雌套管部分2上。但也可以将形成增强体的塑料带或纤维直接缠绕到或胶合 到雌套管部分2上，从而由此在雌套管部分2和增强体5之间必要时通过热处理产生一体 的连接。对于纤维增强的塑料带而言，例如可以使用玻璃纤维或碳纤维增强的塑料。适当 地选择材料和层或线圈的数量，就能达到用于所希望的持久性能的符合要求的形状稳定性 和尺寸稳定性。由纤维增强的塑料带构成的增强体5特别优选还可在至少300或400N/mm2 的拉应力范围内纯粹弹性地变形。图8示出了另一变型方案。在这里，从外部将一种金属的或非金属的套筒形状配 合地或力配合地或材料配合地套到雌套管部分2上，其中套筒的材料和形状经过适当设 计，使得能实现用于所希望的持久性能的符合要求的形状稳定性和尺寸稳定性。形成增强 体5的该套筒也特别优选还可在至少300或400N/mm2的拉应力范围内纯粹弹性地变形。在根据图9的实施例中，采用两组分方法来制得一个套管部分的，这里为雌套管 部分2的区域。为此，给该套管部分的材料混合有合适的混合物例如增强纤维，这些增强纤 维能提高抗拉强度和按照要求调节弹性。图9示范性地示出，增强体5也可以一体地成型 在雌套管部分2上。在该实施例中，由此得到的增强体5通过所述混合物相对于相应套管 部分的余下材料改变了其材料特性，使得其弹性极限明显高于该套管部分的余下材料或塑 料的弹性极限，进而实现了用于所希望的持久性能的符合要求的安全性。如上面已就雌套 管部分2所述，也可以采用两组分方法给雄套管部分3设有一体成型的增强体5。图10示出了另一种变型方案。在这里，作为增强体5，将一种金属的或非金属的插 入件插入到雌套管部分2中。该插入件于是除了其支撑功能外，还可以用作密封面和/或 用于紧固密封件。相应地选择插入件的材料，就能实现所希望的形状稳定性。插入件的弹 性极限也高于、优选明显高于余下的套管的弹性极限。尽管这里未明确示出，但仍需指出，增强体5也可以集成到卡锁套筒6中，或者卡 锁套筒6直接通过相应的材料选择而形成增强体5。在这种情况下，卡锁套筒6不仅沿着轴 向将两个套管部分2和3保持在一起，而且防止了雌套管部分2沿径向并非所愿地变宽。尽管目前所述的套管用于始终都仅使得两个管1相互连接，但根据图11的实施例 示范性地示出，本发明的套管也可以经过适当构造，使得它能将两个以上的管路相互连接。 图11示出了一种T形件，在该T形件上可以连接三个管1。该T形件具有两个雄套管部分3 和一个雌套管部分2。但这也仅仅是个范例，套管部分的数量和形状可以根据需要来选择。 在根据图11的所示实施例中，就其工作方式而言，这些套管部分的设计与第一实施例中所 述相同。在这些实施例中所示的所有套管也可以经过适当设计，使得雌套管部分2带有密 封件，且配设的密封面位于雄套管部分3或增强体5上。也可以采取相反的布置方式，仅为 了提及一些范例。密封件4和7当然也可以保持在套管的不同的部件上。原则上还要指出，本发明的套管可以用于使得地热交换装置的不同部分，例如地热探测器、地热吸收器、地热收集器或者各种地热交换器和/或其它热交换器的管1相互连 接。本发明的套管也可以被设置用于使得地热探测器、地热吸收器、地热收集器或者各种地 热交换器和/或其它热交换器在安装上相互连接，或者用于使得用户引入线与集结器和分 配器连接。上述论述主要涉及增强体5防止套管径向膨胀。但这里需要指出，增强体5可 以采用相同的方式用于防止套管受到外力的径向挤压或者防止套管径向变形。附图标记列表1管2雌套管部分3雄套管部分4流体密封件5增强体6卡锁套筒7附加密封件8槽9膨胀缝10雄套管部分的端部11凸起12雌套管部分的端部13榫舌14纵轴线
权利要求
1.一种用于连接地热交换装置的至少两个管(1)的套管，该套管具有至少一个雌套管 部分( 和至少一个可插入到所述雌套管部分中的雄套管部分(3)，其中在这些套管部分 (2,3)之间设有至少一个用于使得这些套管部分(2、；3)特别是液体密封地密封的流体密封 件G)，其特征在于，设有至少一个优选管状的或套筒状的增强体(5)，该增强体支撑两个 套管部分0、3)中的至少一个套管部分，优选至少支撑雌套管部分O)，以免所述套管部分 (2,3)径向变形优选径向膨胀，该增强体的构成材料或材料组成不同于所述套管部分(2、 3)。
2.如权利要求1所述的套管，其特征在于，增强体(5)支撑雌套管部分(2)和雄套管部 分(3)，以免这两个套管部分(2、；3)径向变形优选径向膨胀。
3.如权利要求1或2所述的套管，其特征在于，增强体(5)的构成材料或材料组成不同 于雌套管部分( 和雄套管部分(3)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的套管，其特征在于，增强体(5)的构成材料或材料 组成在拉应力至少为40N/mm2，优选至少为100N/mm2时，可发生纯粹的弹性变形。
5.如权利要求1至4中任一项所述的套管，其特征在于，增强体环形地或套筒状地至少 包围雌套管部分O)，优选包围两个套管部分0、3)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的套管，其特征在于，雌套管部分( 和雄套管部分 (3)在组装状态下形成一种优选可卡锁的和/或可松开的插塞连接。
7.如权利要求1至6中任一项所述的套管，其特征在于，它具有卡锁套筒(6)，该卡锁 套筒在套管的组装状态下包围雌套管部分( 和雄套管部分C3)之间的连接区域。
8.如权利要求7所述的套管，其特征在于，卡锁套筒(6)在套管的组装状态下，借助形 状配合的优选可卡锁的和/或可松开的连接，保持在雌套管部分( 和/或雄套管部分(3) 上。
9.如权利要求1至8中任一项所述的套管，其特征在于，雌套管部分( 和/或雄套管 部分(3)由塑料优选聚乙烯构成，或者具有塑料优选聚乙烯。
10.如权利要求7至9中任一项所述的套管，其特征在于，卡锁套筒(6)由金属或塑料 优选聚酰胺构成，或者由纤维增强的塑料构成，或者具有这些材料中的至少一种材料。
11.如权利要求1至10中任一项所述的套管，其特征在于，雌套管部分(2)和/或雄套 管部分(3)和/或必要时存在的卡锁套筒(6)，都至少有50%的体积由同一种材料制成。
12.如权利要求1至11中任一项所述的套管，其特征在于，增强体(5)具有金属优选钢 或特种钢，或者具有陶瓷材料或纤维增强的塑料或多组分塑料，或者由其构成。
13.如权利要求1至12中任一项所述的套管，其特征在于，增强体(5)是一开始分开 的部件，其优选可通过插塞或压紧或粘接或拧上而与雌套管部分( 和/或雄套管部分(3) 连接。
14.如权利要求1至12中任一项所述的套管，其特征在于，增强体( 一体地成型在雌 套管部分( 或雄套管部分C3)上。
15.如权利要求1至14中任一项所述的套管，其特征在于，除了被设置用于特别是液 体密封地密封的流体密封件(4)外，还设有附加密封件(7)，该附加密封件至少在套管的组 装状态下，与流体密封件(4)相比离开雄套管部分(3)的伸入到雌套管部分O)中的端部 (10)更远地布置。
全文摘要
一种用于连接地热交换装置的至少两个管(1)的套管，该套管具有至少一个雌套管部分(2)和至少一个可插入到所述雌套管部分中的雄套管部分(3)，其中在这些套管部分(2、3)之间设有至少一个用于使得这些套管部分(2、3)特别是液体密封地密封的流体密封件(4)，其中设有至少一个优选管状的或套筒状的增强体(5)，该增强体支撑两个套管部分(2、3)中的至少一个套管部分，优选至少支撑雌套管部分(2)，以免所述套管部分(2、3)径向变形优选径向膨胀，该增强体的构成材料或材料组成不同于所述套管部分(2、3)。
文档编号F16L37/098GK102047020SQ200880120437
公开日2011年5月4日 申请日期2008年12月9日 优先权日2007年12月14日
发明者A·阿曼, W·桑德雷格 申请人:A及S环保技术股份公司