Erdwärmenutzungsverfahren Die Erdwärme ist eine der grössten Wärme- und Energiereserven, die der Menschheit zur Ver fügung stehen. Ihre Nutzung ist bisher darum nicht erfolgt, weil uns die Verfahren, Anlagen und Mittel zu deren Auswertung fehlten.
Wohl sind Erdwärmeheizungsanlagen vorhanden, die unmittelbar unter Einfamilienhäuser angebracht sind und mittels der dort vorhandenen Erdwärme zu heizen gesucht werden.
Wenn solche Anlagen jedoch keine Verbreitung gefunden haben liegt das daran, d'ass die Temperatur des Erdkörpers, in Richtung nach innen, alle 33 m nur um 1 C zunimmt (geothermische Tiefenstufe).
Daraus ist zu schliessen, dass die Wärmeüber tragung an der oberen Erdrinde so minim ist, dass unmittelbar in diese eingebettete Erdwärmeübertra- gungsvorrichtungen keinermassen auch nur für eine minime Heizung zweckdienlich sind, um so mehr, da sie noch stark von der Temperatur der Atmos phäre beeinflusst werden.
Anderseits sind die Gesteine, wie der Vulkanis mus zeigt, bereits schon 50 km tief im Erdinnern feuerflüssig. Daraus ist ersichtlich, dass bei einem Erddurchmesser von 12 756 km bzw. 6 378 km Halb messer im Erdinnern solche Temperaturen herrschen, dass eine Nutzungsmöglichkeit a11 dieser noch un- abgeklärt ist.
Daher sind die Anlagen des erfindungsgemässen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass sie nur solche Mittel zu deren Ausführung aufweisen, um den vorgesehenen verwendbaren Temperaturen zu entsprechen.
Das Verfahren besteht darin, dass flüssige und anderseits gasförmige Medien in nutzbare Erdtiefen geleitet werden, um sie dort zu erwärmen und dass so erwärmte Medien zur erfindungsgemässen Ver- wertung geführt, angewandt und unter Abgabe vön Wärme bzw. Arbeit genutzt werden.
Und die Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Vor richtungen aufweist, um einerseits flüssige oder gas förmige Medien zwecks ihrer Erwärmung durch die Erdwärme in die nutzbare Erdtiefe zu leiten und anderseits so erwärmte Medien an die Erdober fläche zurückzuführen und dort zu nutzen.
Beispielweise Vorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigen die Zeich nungen in Fig. 1-6.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird Was ser von einem See an der Erdoberfläche durch das Rohr 2, das mit einem Einlaufschütz 1 versehen ist, in die Erdtiefe gelassen, wo es durch einen Seiher 12 in den unteren Teil 9 eines Schachtes und von diesem Teil ins Steigrohr 4 gelangt.
Da der Schachtteil 9 und das Steigrohr 4 tief in der Erde liegen bzw. tief in die Erde ragen, werden sie durch die Erdwärme erwärmt und über tragen diese Wärme auf das Wasser, so dass dieses erwärmt wird. Durch den Druck des nachfliessenden Wassers im oberen Teil des Rohres 2 und durch die dem Wasser im Rohr 4 nun innewohnende Wärme steigt das erwärmte Wasser 7 im Steigrohr 4 und gelangt in das kleine Wasserreservoir 3, wo es gespeichert wird; um sodann über das Auslaufrohr 5 z. B. zur Speisung einer Warmwasserleitung und zur Verwertungsstelle zu gelangen. 6 bezeichnet das Kaltwasser im Rohr 2.
In Fig. 2 sind 1-3 und 5-7 vorerwähnte Mittel bzw. Einrichtungen, 8 ist ein unausgekleideter Warm wasserschacht mit natürlichen und künstlich ge bauten seitlichen Wasserläufen.
Hier ist das Ein führungsrohr 2 mit dem Einlaufschütz 1 in den Wasserschacht 8 eingelassen und in nicht gezeigter Weise durch Abstützungen befestigt. Über dieses Rohr 2, das dort, wo das Wasser nicht hoch genug gefasst und unter Druck gesetzt werden kann, künst lich mittels Pumpen mit Druckwasser gespiesen wird, gelangt das Kaltwasser 6 in den unteren Teil des Wasserschachtes 8 und steigt dann in diesem hoch, wobei es sich mit Erdwärme anreichert. Das mittels der Erdwärme auf eine höhere Temperatur gebrachte Wasser gelangt dann über das Reservoir 3 und das Auslaufrohr 5 zur Verwendung.
Die Anlage dient dort, wo grössere Wassermengen mitt lerer Temperatur in der Spitzenzeit benötigt werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwei mit Einlaufschütz versehene Einführungsrohre 2 und zwei Steigrohre 4 vorhanden. Die Teile 9a dier Rohre sind schräg. 14 ist ein Tunnel.
Die An wendung von Schrägschächten 9 ist von Vorteil, da man hierdurch eine grössere Kontaktfläche zur übertragung der Erdwärme erhält, was besonders darum der Fall ist, weil sowohl die Steigrohre als auch die Einführungsrohre im Boden in Bohrlöcher eingebettet sind und einen direkten, grossen Erde kontakt haben.
13 sind Regel- und Abschlussorgane in den Leitungen 2 und 4, womit der Zirkulationsfluss und die Zeit der Erdwärmeübertragung reguliert werden kann, wobei durch eine beschränkte Zirkula tion eine längere Erdwärmeübertragung und mithin stärkere Erhitzung des Zirkulationsstoffes als bei einer vollen und rascheren Zirkulation erfolgt.
Die Anlage nach Fig. 3 zeigt ein Wasserreservoir 3 im Berginnern, das von dem Tunnel 14 aus gebaut wurde. Die Erdwärmenutzung ist bei der Anlage von Tunnels für Bahnen, Strassen und Wasser kraftwerken in Berücksichtigung zu ziehen, weil es von Vorteil ist, Bergdurchstiche mit dem Bau von Erdwärmenutzungsanlagen zu kombinieren, um so die Erstellungskosten beider zu senken und derart ihre Wirtschaftlichkeit günstig zu beeinflussen.
Dies besonders infolge der Erdwärmenutzung, da beispielweise auf einer Meereshöhe von 400 Meter, unter einer Bergkette von 4000 M Höhe, die Erd- wärme eine Temperatur von gegen 100 hat, was dem Siedepunkt des Wassers entspricht.
Somit kann Wasser vorerst als Druckwasser in Turbogenerator gruppen zur Stromerzeugung genutzt und dann im Berginnern zur Erdwärmeanreicherung in Wasser kammern geleitet werden und erwärmt zur Heiss wasserversorgung, zu Koch- und Heizzwecken und aller weiteren hauswirtschaftlichen, gewerblichen, landwirtschaftlichen und industriellen Nutzung an gewandt werden und so auch zur Erzeugung von keimfreiem, destilliertem Wasser in Gegenden mit schlechtem Trinkwasser.
Sodann wird Wasser durch eine dementspre chende erfindungsgemässe Anlage noch weit tiefer in die Erdkruste zur Erhitzung mit hohen Hitze graden geleitet und nachmalig zur Dampferzeugung und dessen thermischen Nutzung und Energieerzeu gung angewandt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 und Fig.4a sind 1-9 vorerwähnte Mittel bzw. Einrich tungen. 10 ist ein Isolierrohr und 11 ein Isolier mittel zwischen den Rohren 2 und 10. Die Wir kungsweise der Anlage ist die gleiche wie vorerwähnt, wobei das Warmwasser 7 durch die Wärmeisolation 10/11 vom Kaltwasserrohr getrennt ist, so dass das Warmwasser 7 nicht durch das Kaltwasser 6 einen Temperaturverlust erleidet.
Zudem ist das Warm wasserrohr 4 im Querschnitt (Fig. 4a) gesehen wel lenförmig bzw. durch Erhöhungen und Vertiefungen an demselben mit einer möglichst grossen Oberfläche ausgebildet, mittels der es die Erdwärme, sei es durch den hierdurch vermehrten Erdkontakt oder über eine Flüssigkeit, besser aufnehmen kann, wobei die Flüssigkeit das Rohr umlagert und von der Schachtwandung erwärmt wird, die gleichfalls Er höhungen und Vertiefungen aufweist, um mehr Erd- wärmeübertragung aus dem Erdreich zu bekommen. Als Flüssigkeit kann z. B. Öl zur Anwendung ge langen. Es können auch Mittel zur Erzeugung einer künstlichen Zirkulation, zwecks Beschleunigung der Flüssigkeit angewandt werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig.5 sind 2, 4 und 11 vorerwähnte Einrichtungen, 15 das Erdreich, 16 ein Wärmeübertragungsmedium, das über 100grä- dige Wärme vom Erdreich auf das Einlaufrohr 2 und mithin auch auf das in ihm zirkulierende, gas förmige, hoch erhitzbare Medium 17 zu übertragen vermag. 18 ist das hochkomprimierte gasförmige Medium, z. B. Luft, im Steigrohr 4, das durch die Erde indirekt erhitzt wurde.
Das Steigrohr 4 hat eine kleinere Lichtweite als das Einlaufrohr 2 und dient bei Abschluss statt zur Speisung zur weiteren Komprimierung und Erhitzung des zu erwärmenden Mediums. Das Steigrohr 4 ist zwecks der Wärme isolierung mit einem Isoliermittel 11 in einem Isolier- rohr wie in Fig. 4a bezüglich des Rohres 2 gezeigt und an Hand derselben beschrieben umgeben, und die an das Steigrohr 4 anschliessende Leitung 4' wird zwecks einer Isolierung vorzüglich in der Erde statt über der Erde verlagert. 19 ist der Zierkulations- wenderaum in den bzw. aus dem der Zu- und Aus fluss aus dem Rohr 2 bzw. in das Rohr 4 erfolgt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig.5a sind 11, 17 und 18 die unter Fig. 5 erwähnten Mittel bzw. Einrichtungen, 20 ist ein dem Rohr 2 in Fig. 5 ent sprechendes Rohr, das eine vergrösserte Wärme übertragungsfläche besitzt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 entsprechen die Hinweisungszahlen jenen in Fig. 5. Diese Zirkula- tionsvorrichtung wird vor allem dazu angewandt, ein hochkomprimiertes, erwärmtes und hocherhitz- bares, flüssiges Medium 17 in dem Steigrohr 4 mittels des hocherhitzbaren Wärmeübertragungs- mediums 16 aus dem Erdreich noch zusätzlich zu erwärmen,
wobei das sich mit Wärme anreichernde Medium 16 durch das Steigbestreben seiner mehr erhitzten Teile nach oben das Steigrohr 4 auch an seinem Austritt aus der Erde stark erhitzt. Bei dieser Zirkulationsanlage ist durch die Anordnung eines Steigrohres mit einer grösseren Lichtweite als jener des Einlaufrohres 2 und durch eine vermehrte Erhitzung des zu erhitzenden Mediums vermehrter Zirkulationsraum geschaffen. Auch hier wird die Isolierung mittels des Isoliermittels 11 eine Kälte übertragung vom Einlaufrohr in das Steigrohr ver mindert.
Besonders in jenen Fällen, wo ein Grossspeicher raum im Erdinnern vorgesehen ist, kann bei ab gestellter Anlage erreicht werden, dass das zu er wärmende Medium bei seiner Erwärmung durch die Erdwärme unter Druck gesetzt wird'. Unter der Wirkung dieses Druckes kann das Medium dann rasch zum Abströmen gebracht werden.
Geothermal energy utilization method Geothermal energy is one of the largest heat and energy reserves available to mankind. So far, they have not been used because we lacked the procedures, facilities and means to evaluate them.
There are geothermal heating systems that are installed directly under single-family houses and are sought to be heated using the geothermal energy available there.
If such systems have not found widespread use, this is due to the fact that the temperature of the earth's body, in an inward direction, only increases by 1 C every 33 m (geothermal depth).
From this it can be concluded that the heat transfer to the upper crust of the earth is so minimal that geothermal heat transfer devices directly embedded in it are not suitable for even a minimal heating, all the more so because they are still strongly influenced by the temperature of the atmosphere will.
On the other hand, as the volcanism shows, the rocks are already 50 km deep inside the earth. From this it can be seen that with an earth diameter of 12,756 km or 6,378 km radius inside the earth, the temperatures in the interior of the earth are such that a possible use a11 has not yet been clarified.
The systems of the method according to the invention are therefore characterized in that they only have such means for their execution in order to correspond to the intended usable temperatures.
The method consists in that liquid and, on the other hand, gaseous media are conducted into usable depths of the earth in order to heat them there and that media heated in this way are conducted, applied and used with the release of heat or work for the inventive recycling.
And the device for carrying out the process is characterized in that it has devices on the one hand to conduct liquid or gaseous media for the purpose of being heated by geothermal energy into the usable depth of the earth and on the other hand to return media heated in this way to the surface of the earth and to there use.
Examples of devices for performing the method according to the invention are shown in the drawings in FIGS. 1-6.
In the embodiment of Fig. 1 What water is from a lake on the surface of the earth through the pipe 2, which is provided with an inlet contactor 1, left in the depths of the earth, where it is through a strainer 12 in the lower part 9 of a shaft and from this part enters the riser pipe 4.
Since the shaft part 9 and the riser pipe 4 lie deep in the earth or protrude deep into the earth, they are heated by the geothermal energy and transfer this heat to the water, so that it is heated. Due to the pressure of the water flowing in in the upper part of the pipe 2 and the heat now inherent in the water in the pipe 4, the heated water 7 rises in the riser pipe 4 and reaches the small water reservoir 3, where it is stored; to then over the outlet pipe 5 z. B. to feed a hot water pipe and to get to the recycling point. 6 denotes the cold water in pipe 2.
In Fig. 2 1-3 and 5-7 are the aforementioned means or facilities, 8 is an unlined warm water shaft with natural and artificially ge built lateral watercourses.
Here is the A guide tube 2 with the inlet contactor 1 embedded in the water shaft 8 and secured in a manner not shown by supports. About this pipe 2, which is where the water can not be taken high enough and pressurized, artificial Lich is fed by pumps with pressurized water, the cold water 6 reaches the lower part of the water shaft 8 and then rises in this, with it is enriched with geothermal energy. The water brought to a higher temperature by means of geothermal energy is then used via the reservoir 3 and the outlet pipe 5.
The system is used where large volumes of water at a medium temperature are required during peak times.
In the exemplary embodiment according to FIG. 3, two inlet pipes 2 and two riser pipes 4 provided with inlet protection are present. The parts 9a of the tubes are inclined. 14 is a tunnel.
The use of inclined shafts 9 is advantageous because it gives you a larger contact surface for the transfer of geothermal energy, which is particularly the case because both the riser pipes and the inlet pipes are embedded in the ground in boreholes and have a direct, large contact with the earth to have.
13 are regulating and closing organs in lines 2 and 4, with which the circulation flow and the time of the geothermal heat transfer can be regulated, whereby a limited circulation results in a longer geothermal heat transfer and therefore more intense heating of the circulation material than with a full and faster circulation.
The system according to FIG. 3 shows a water reservoir 3 inside the mountain, which was built from the tunnel 14. The use of geothermal energy must be taken into account when creating tunnels for railways, roads and hydropower plants, because it is advantageous to combine mountain penetrations with the construction of geothermal energy systems in order to reduce the construction costs of both and thus to have a favorable effect on their profitability.
This is particularly due to the use of geothermal energy, since, for example, at an altitude of 400 meters below a mountain range of 4000 m, the geothermal heat has a temperature of around 100, which corresponds to the boiling point of the water.
This means that water can initially be used as pressurized water in turbo generator groups to generate electricity and then fed into water chambers inside the mountain for geothermal enrichment and heated for hot water supply, for cooking and heating purposes and for all other domestic, commercial, agricultural and industrial uses and so on also for the production of sterile, distilled water in areas with poor drinking water.
Then water is passed through a corresponding system according to the invention far deeper into the earth's crust for heating with high degrees of heat and then applied to steam generation and its thermal use and energy generation. In the embodiment of Figure 4 and Figure 4a 1-9 are the aforementioned means or Einrich lines. 10 is an insulating pipe and 11 is an insulating medium between the pipes 2 and 10. The We effect of the system is the same as mentioned above, the hot water 7 is separated by the thermal insulation 10/11 from the cold water pipe, so that the hot water 7 is not through the Cold water 6 suffers a temperature loss.
In addition, the warm water pipe 4 is seen in cross-section (Fig. 4a) wel leniform or formed by elevations and depressions on the same with the largest possible surface, by means of which the geothermal energy, be it through the increased contact with the earth or through a liquid, better can absorb, the liquid surrounding the pipe and is heated by the shaft wall, which also has elevations and depressions in order to get more geothermal heat transfer from the earth. As a liquid z. B. Oil for application ge long. Means for creating an artificial circulation to accelerate the fluid can also be used.
In the exemplary embodiment according to FIG. 5, 2, 4 and 11 are the aforementioned devices, 15 the ground, 16 a heat transfer medium that transfers over 100 degrees of heat from the ground to the inlet pipe 2 and consequently also to the gaseous, highly heatable medium circulating in it 17 is able to transfer. 18 is the highly compressed gaseous medium, e.g. B. air, in the riser pipe 4, which has been indirectly heated by the earth.
The riser pipe 4 has a smaller clear width than the inlet pipe 2 and when it is closed it serves to further compress and heat the medium to be heated instead of supplying it. For the purpose of thermal insulation, the riser pipe 4 is surrounded by an insulating means 11 in an insulating pipe as shown in FIG the earth instead of shifting above the earth. 19 is the decorative turning space into and out of which the inflow and outflow from the pipe 2 and into the pipe 4 takes place.
In the exemplary embodiment according to FIG. 5a, 11, 17 and 18 are the means or devices mentioned under FIG. 5, 20 is a tube corresponding to the tube 2 in FIG. 5 and having an enlarged heat transfer surface.
In the exemplary embodiment according to FIG. 6, the reference numbers correspond to those in FIG Additional heating of the ground,
whereby the medium 16, which is enriched with heat, through the tendency of its more heated parts to climb upwards, also heats the riser pipe 4 strongly at its exit from the earth. In this circulation system, increased circulation space is created by arranging a riser pipe with a larger clear width than that of the inlet pipe 2 and by increasing the heating of the medium to be heated. Here, too, the insulation is reduced by means of the insulating means 11, a transfer of cold from the inlet pipe into the riser pipe.
Especially in those cases where a large storage space is provided in the interior of the earth, it can be achieved with the system turned off that the medium to be heated is put under pressure when it is heated by geothermal energy '. Under the effect of this pressure, the medium can then quickly be made to flow away.