DE19932001A1 - Vorrichtung zur Nutzung von Erdwärme und Verfahren zu deren Betreibung - Google Patents
Vorrichtung zur Nutzung von Erdwärme und Verfahren zu deren BetreibungInfo
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Nutzung von Erdwärme mit zumindest einem ersten Kanal (10), durch den ein Arbeitsstoff (12) nach unten ins Erdinnere und mit zumindest einem zweiten Kanal (14), durch den der Arbeitsstoff (12) nach oben, in Richtung Erdoberfläche geleitet wird, wobei der erste und der zweite Kanal (10, 14) ein zum Erdreich geschlossenes System bilden. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der erste Kanal (10) zumindest einen Drosselbereich (16) aufweist, der den in Strömungsrichtung vor dem Drosselbereich (16) weitgehend flüssigen Arbeitsstoff (12) auf einen Verdampfungsdruck (18, 20) drosselt, so daß der Arbeitsstoff (12) nach dem Drosselbereich (16) weitgehend vollständig verdampfbar ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
Ein aus dem Erdinneren strömender Wärmefluß ist zu ca. 80%
auf den Zerfall radioaktiver Isotope in Gesteinen und zu ca.
20% auf die Ursprungswärme bei der Erdentstehung zurückzufüh
ren. Die Temperatur von der Erdoberfläche zum Erdinneren
nimmt je 1000 m um ca. 30°C zu. Im Bereich von geothermischen
Anomalien können größere Temperaturzunahmen auftreten, bei
spielsweise infolge einer geographischen Nähe zu heißen Mag
makammern in der Erdkruste (Intrusionen), Strömungen von Tie
fengewässern usw. Derartige Gebiete werden insbesondere zur
Nutzung der Erdwärme bevorzugt.
Die Erdwärme kann in verschiedenen Stoffen gespeichert sein,
und zwar grundsätzlich in Wasserdampf, in Wasser und/oder in
heißen Gesteinsschichten.
Gespeicherter Wasserdampf befindet sich meist in der Nähe von
tätigen Vulkanen und stark zerklüfteten bzw. wasserführenden
Grundgesteinen. Der Dampf kann zur Erdoberfläche geleitet und
- nach einer oft notwendigen Separation von mitgerissenem
Wasser - zur Stromerzeugung genutzt werden. Nutzbare Dampf
quellen sind jedoch nur in wenigen Gebieten vorhanden.
Die in Erdschichten in heißem Wasser gespeicherte Energie
wird in der Regel mit einer als Dublette bezeichneten Vor
richtung erschlossen. Die Dublette besitzt eine Förderboh
rung, über die das heiße Wasser aus den entsprechenden Erd
schichten an die Erdoberfläche gefördert werden kann. Um zu
vermeiden, daß der hydrostatische Druck in den Erdschichten
mit der Zeit absinkt, der Zustrom des heißen Wassers zurück
geht und um insbesondere die Wärme des Gesteins besser nutzen
zu können, wird über eine Injektionsbohrung das abgekühlte
Wasser in die entsprechenden Erdschichten zurückgeführt. Das
Wasser kann von der Injektionsbohrung durch das Gestein zur
Förderbohrung fließen und wird dabei erwärmt. Das aus den
Erdschichten geförderte Wasser wird in der Regel zur Raumhei
zung genutzt.
Zur Erschließung der in heißen Gesteinsschichten gespeicher
ten Energie ist ein sogenanntes Hot-Dry-Rock-Verfahren be
kannt. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Verfahrens
schritt eine erste Tiefenbohrung von ca. 5000 m gebohrt. Über
die Tiefenbohrung wird Wasser mit hohem Druck in ca. 5000 m
Tiefe in das Gestein gepreßt, so daß sich Risse im Gestein
bilden. Mit einer zweiten Tiefenbohrung wird in einem Abstand
von ca. 500 m der Bereich angebohrt, in dem sich die Risse
ausgebildet haben. Anschließend kann Wasser über eine Tiefen
bohrung in das Gestein gepumpt, durch die Risse zur zweiten
Tiefenbohrung geleitet und über die zweite Tiefenbohrung er
wärmt zur Erdoberfläche gefördert werden. Um kostenintensive
Fehlbohrungen zu vermeiden, sollten die Risse im Gestein ge
ortet werden. Dies ist in der Tiefe von 5000 m besonders
schwierig und aufwendig.
Ferner ist eine gattungsbildende Vorrichtung mit drei konzen
trisch angeordneten Rohren bekannt, und zwar mit einem soge
nannten äußeren Fallrohr, einem Hüllrohr und einem inneren
Steigrohr. Kaltes Wasser wird durch das Fallrohr nach unten
ins Erdinnere gepumpt, erwärmt und durch das Steigrohr er
wärmt nach oben gefördert. Ein Ringspalt mit Luft zwischen
dem Steigrohr und dem Hüllrohr dient als Isolierung zwischen
dem äußeren Fallrohr und dem inneren Steigrohr. Die Rohre
sind nach außen zum Erdreich von einer wasserundurchlässigen
Suspension umgeben, beispielsweise von Betonit. Ein Stoffaus
tausch mit dem Erdreich wird vermieden. Der Wirkungsgrad bei
der Erzeugung von elektrischer Energie ist jedoch gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße
Vorrichtung weiterzuentwickeln und insbesondere den Wirkungs
grad bei der Erzeugung elektrischer Energie zu erhöhen und
die Kosten zu reduzieren. Sie wird gemäß der Erfindung durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Nutzung von
Erdwärme mit zumindest einem ersten Kanal, durch den ein Ar
beitsstoff nach unten ins Erdinnere und mit zumindest einem
zweiten Kanal, durch den der Arbeitsstoff nach oben, in Rich
tung Erdoberfläche geleitet wird, wobei der erste und der
zweite Kanal ein zum Erdreich geschlossenes System bilden.
Es wird vorgeschlagen, daß der erste Kanal einen Drosselbe
reich aufweist, der den in Strömungsrichtung vor dem Drossel
bereich weitgehend flüssigen Arbeitsstoff auf einen
Verdampfungsdruck drosselt, so daß der Arbeitsstoff nach dem
Drosselbereich weitgehend vollständig verdampfbar ist. Der
Arbeitsstoff kann vorteilhaft im flüssigen Zustand nach unten
und im gasförmigen Zustand, mit geringer Dichte nach oben ge
führt werden. Der sich aufbauende Flüssigkeitsdruck bzw. die
auf die Flüssigkeit wirkende Schwerkraft kann für eine erfor
derliche Druckerhöhung in einem rechtsläufigen Kreisprozeß
genutzt werden, wodurch ein besonders hoher Wirkungsgrad,
insbesondere bei der Erzeugung elektrischer Energie erreich
bar ist.
Wird der Arbeitsstoff nach dem Drosselbereich weitgehend,
vorteilhaft vollständig verdampft, so strömt dieser nach oben
zur Erdoberfläche. Während des Betriebs der Vorrichtung kann
das Einbringen einer Fremdleistung, insbesondere einer Pum
penleistung vermieden und damit der Wirkungsgrad gesteigert
werden. Im zweiten Kanal stellt sich in der Gassäule von un
ten nach oben ein geringer Druckabfall ein. An der Erdober
fläche besitzt der dampfförmige Arbeitsstoff einen weit höhe
ren Druck als im Ausgangszustand des Prozesses, der besonders
vorteilhaft zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden
kann. Der Drosselbereich kann von einer oder vorteilhaft von
mehreren Drosselstellen gebildet sein, die in Strömungsrich
tung mit jeweils einem Abstand zueinander angeordnet sind.
Mit mehreren Drosselstellen kann ein besonders hoher Druck im
oberen Bereich des zweiten Kanals erreicht werden.
Der Drosselbereich kann grundsätzlich von einer oder mehre
ren, dem Fachmann als geeignet erscheinenden Drosselstellen
gebildet sein. Besonders vorteilhaft wird jedoch zumindest
eine Drosselstelle von wenigstens einem Rohr gebildet. Es
kann bei einer ausreichenden Drosselwirkung eine relativ ge
ringe Strömungsgeschwindigkeit durch die Drosselstelle und
damit ein geringer Verschleiß und eine hohe Lebensdauer er
reicht werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
der erste und der zweite Kanal zu einem geschlossenen System
verbunden, d. h. nicht nur unterhalb der Erdoberfläche, son
dern auch oberhalb der Erdoberfläche geschlossen verbunden
sind. Ein Austritt des Arbeitsstoffs aus dem System kann ver
mieden und es kann vorteilhaft ein Arbeitsstoff verwendet
werden, mit dem bei möglichst geringen Kosten ein besonders
hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
Besitzt der Arbeitsstoff eine niedrigere Siedetemperatur als
Wasser, kann im Vergleich zu wasserbetriebenen Vorrichtungen
der Arbeitsstoff bereits bei geringeren Tiefen bzw. geringe
ren Temperaturen zum Verdampfen gebracht werden, wodurch ins
besondere Bohrkosten eingespart werden können. Als Arbeits
stoff eignen sich vorteilhaft gebräuchliche Kältemittel, wie
insbesondere Ammoniak.
Um die Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren und die Ober
fläche im ersten Kanal zu vergrößern und dadurch den Wärme
übergang auf den Arbeitsstoff zu verbessern, werden vorteil
haft im ersten Kanal zumindest nach dem Drosselbereich Füll
körper angeordnet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und der
zweite Kanal in einer stoffdicht ausgekleideten Tiefenbohrung
angeordnet und der Arbeitsstoff wird im radial äußeren Be
reich innerhalb der Tiefenbohrung nach unten und im radial
inneren Bereich der Tiefenbohrung durch ein Innenrohr nach
oben geleitet. Zusätzliche Tiefenbohrungen und damit verbun
dene Kosten können eingespart werden. Ferner können die Kanä
le besonders einfach und kostengünstig unter der Erdoberflä
che geschlossen miteinander verbunden werden. Grundsätzlich
kann der Arbeitsstoff jedoch auch über eine oder mehrere Tie
fenbohrungen nach unten und über eine oder mehrere, davon ge
trennte Tiefenbohrungen nach oben geleitet werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe
schreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und
die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln
betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen
fassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin
dungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 Verfahrensabläufe in einem Druck-Enthalpie-
Diagramm.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nutzung
von Erdwärme mit einem ersten Kanal 10, durch den ein Ar
beitsstoff 12 nach unten ins Erdinnere und mit zumindest ei
nem zweiten Kanal 14, durch den der Arbeitsstoff 12 nach
oben, in Richtung Erdoberfläche geleitet wird. Der erste Ka
nal 10 wird von einem ersten Außenrohr 52 gebildet, das in
eine Tiefenbohrung 36 eingefügt ist und die Tiefenbohrung 36
nach außen stoffdicht auskleidet. Das Außenrohr 52 ist am un
teren Ende, an seiner Stirnseite dicht verschlossen. Der
zweite Kanal 14 wird von einem im radial inneren Bereich der
Tiefenbohrung 36, konzentrisch zum Außenrohr 52 angeordneten
Innenrohr 46 gebildet. Das Innenrohr 46 ist von einem Hüll
rohr 56 umgeben, das zur Isolierung einen Ringspalt 58 mit
Luft zum Innenrohr 46 einschließt. Der erste und der zweite
Kanal 10, 14 sind gemeinsam mit einer Anlage 60 zu einem ge
schlossenen System verbunden, so daß der als Arbeitsstoff 12
verwendete Ammoniak nicht nach außen treten kann.
Erfindungsgemäß besitzt der erste Kanal 10 einen Drosselbe
reich 16 mit drei in Strömungsrichtung hintereinander ge
schalteten Drosselstellen 22, 24, 26. Die Drosselstellen 22,
24, 26 sind jeweils mit einem Abstand zueinander angeordnet
und werden jeweils von einem in einem Flansch 40 befestigten
Rohr 28, 30, 32 gebildet.
Beim Aufbau der Vorrichtung werden das Außenrohr 52, das
Hüllrohr 56 und das Innenrohr 46 beim Bohren der Tiefenboh
rung 36 in Teilstücken bereits konzentrisch mit eingeführt.
Die Teilstücke werden an den axialen Stoßstellen durch
Schweißen dicht miteinander verbunden. Grundsätzlich können
die Teilstücke jedoch auch durch verschiedene, dem Fachmann
als sinnvoll erscheinende Verfahren stoffschlüssig, form
schlüssig und/oder kraftschlüssig dicht verbunden werden.
Der Flansch 40 kann mit verschiedenen, dem Fachmann als ge
eignet erscheinenden Verfahren zwischen dem Außenrohr 52 und
dem Hüllrohr 56 befestigt werden. Besonders vorteilhaft wird
dieser jedoch bereits vor dem Einführen der Rohre 46, 52, 56
in die Tiefenbohrung 36 am Außenrohr 52 und am Hüllrohr 56
festgeschweißt. Um zu vermeiden, daß der erste Kanal 10 beim
Bohren verschmutzt bzw. um zu vermeiden, daß Bohrschlamm
und/oder eine Suspension in den ersten Kanal 10 läuft, ist
der erste Kanal 10 im untersten Teilstück bereits vor dem
Einführen in die Tiefenbohrung 36 an der axialen Stirnseite
mit einer Stahlplatte 54 verschlossen. Ein Bohrkopf einer
nicht näher dargestellten Bohrvorrichtung kann im zusammenge
klappten Zustand durch das Innenrohr 46 nach oben und nach
unten geführt werden. Der zweite Kanal 14 kann nach Abschluß
des Bohrvorgangs gereinigt werden. Nach Fertigstellung der
Tiefenbohrung 36 wird das Innenrohr 46 an seiner nach unten
weisenden axialen Stirnseite mit einer Kunststoffplatte 42
zum Erdreich dicht verschlossen. Daneben kann die axiale
Stirnseite des Innenrohrs 46 mit sämtlichen, dem Fachmann als
geeignet erscheinenden Verfahren zum Erdreich dicht ver
schlossen werden, beispielsweise durch Ausgießen und/oder
durch Einpressen eines Teflonkörpers, wodurch ein kraft- und
formschlüssiger Verschluß geschaffen werden könnte usw. Fer
ner ist möglich, das Hüllrohr 56 und/oder das Innenrohr 46
erst nachträglich in ein Außenrohr einzuführen, das an seiner
nach unten weisenden Stirnseite dicht verschlossen ist.
Vor dem Einbringen des Innenrohrs 46 und des Hüllrohrs 56,
werden in deren untersten Teilstücke Öffnungen 136, 138 bzw.
Bohrungen eingebracht. Die Öffnungen 138 im Innenrohr 46 wer
den anschließend vor dem Einführen wieder kraft- und form
schlüssig oder in geeigneter Weise verschlossen, so daß sie
einerseits eine Verunreinigung der Hohlräume zwischen den
Rohren 46, 52, 56 sicher verhindern und andererseits durch
den beim Befüllen mit Ammoniak entstehenden Druckunterschied
zwischen dem ersten Kanal 10 und dem zweiten Kanal 14 wieder
frei werden. Die Öffnungen 136, 138 oder nur die Öffnungen
138 können jedoch auch nachträglich, nach dem Einführen der
Rohre 46, 52, 56 eingebracht werden oder können mit Stoffen
verschlossen werden, die sich in Ammoniak chemisch auflösen,
jedoch gegen die bei der Herstellung der Bohrung verwendeten
Substanzen beständig sind.
Zu Beginn der Inbetriebnahme sind sämtliche Ventile 72, 74,
76 und 84 bis 128, 140 geöffnet. Um den ersten Kanal 10 mög
lichst schnell vollständig mit flüssigem Ammoniak zu füllen,
wird flüssiges Ammoniak mit ca. 25 bar über eine Leitung 64
und über den zweiten Kanal 14 in die Vorrichtung geleitet.
Ist im ersten Kanal 10 nur eine Drosselstelle angeordnet,
kann die Vorrichtung auch über den ersten Kanal 10 befüllt
werden. Die Vorrichtung wird über Leitungen 68, 70 entlüftet,
die in einem nicht näher dargestellten Wasserbad münden.
Steigen im Wasserbad keine Luftblasen mehr nach oben, können
die Ventile 72, 74 in den Leitungen 68, 70 geschlossen wer
den. Wird ein bestimmter Füllstand mit einem Füllstandsmesser
78 in einem Kondensatspeicher 66 erfaßt, wird das Ventil 76
in der Leitung 64 geschlossen. Ferner werden die Ventile 94,
96 und 98 geschlossen.
Anschließend wird über eine Strahlpumpe 50, die von einer
Treibstrahlpumpe 80 mit Ammoniak aus dem Kondensatspeicher 66
beschickt wird, der Druck p im zweiten Kanal 14 reduziert und
dadurch das Ammoniak im zweiten Kanal 14 verdampft. Das durch
die Strahlpumpe 50 geförderte Ammoniak wird in einem Wärme
tauscher 130 kondensiert und in den Kondensatspeicher 66 zu
rückgeführt.
Wird eine Temperatur an einer Meßstelle 82 erfaßt, die andeu
tet, daß das Ammoniak im zweiten Kanal 14 vollständig oder
zumindest weitgehend verdampft ist, wird die Treibstrahlpumpe
80 abgeschaltet und die Ventile 84, 86 werden geschlossen. Um
ausschließlich Wärme über einen Wärmetauscher 132 an einen
nicht näher dargestellten Verbraucher abzuführen, wird an
schließend nur das Ventil 94 geöffnet. Um elektrische Energie
mit einer Turbine 134 und einem Generator 62 zu erzeugen,
werden die Ventile 96 und 98 geöffnet.
Während des Betriebs der Vorrichtung wird flüssiges Ammoniak
aus dem Kondensatspeicher 66 über die Ventile 126 und 92 in
den ersten Kanal 10 geleitet. In einem ersten Bereich 48 des
ersten Kanals 10 ist das Ammoniak flüssig. Vom Ausgangspunkt
P1 im oberen Bereich der sich einstellenden Flüssigkeitssäule
im ersten Kanal 10 nimmt der Druck p infolge der Schwerkraft
nach unten zu, und zwar beträgt der Druck p im Punkt P1 ca.
25 bar und im Punkt P2 bei der Tiefe von 1650 m ca. 100 bar
(Fig. 2). Durch die Drosselstelle 22 bei der Tiefe von 1650 m
wird der Druck p gedrosselt. Nach der Drosselstelle 22 be
trägt der Druck p in P3 ca. 45 bar. Von P3 auf P4 nimmt der
Druck p infolge der Schwerkraft der Flüssigkeitssäule zu und
beträgt in P4 bei der Tiefe von 2850 m ca. 105 bar. Von P4
auf PS wird der Druck p durch die zweite Drosselstelle 24 bei
der Tiefe von 2850 m gedrosselt. Von PS auf P6 erhöht sich
der Druck p auf ca. 105 bar bei der Tiefe von 3850 m. Von P6
auf P7 wird der Druck p durch die dritte Drosselstelle 26 bei
der Tiefe von 3850 m auf einen Verdampfungsdruck 18 von ca.
60 bar gedrosselt. Zwischen den Drosselstellen 22, 24, 26
wird dem Ammoniak stets Wärme aus dem Erdreich zugeführt, wo
durch die Enthalpie h zwischen den Drosselstellen 22, 24, 26
zunimmt.
Von P7 nach P8 nimmt die Enthalpie h bei konstantem Druck p
infolge der Druckenergie, von P8 nach P9 infolge der Abküh
lung des überhitzten Ammoniaks und von P9 nach P10 infolge
der Wärmezuführung vom Erdreich zu. Um einen guten Wärmeüber
gang vom Erdreich auf das Ammoniak zu erreichen, sind im ers
ten Kanal 10 nach der untersten Drosselstelle 26 Füllkörper
34 eingebracht (Fig. 1). Das Ammoniak ist im Punkt P10 bei
einer Tiefe von ca. 4600 m vollständig verdampft und kann vom
ersten Kanal 10 über die Öffnungen 136, 138 im Hüllrohr 56
und im Innenrohr 46 in den zweiten Kanal 14 strömen (Fig. 1).
Um zu vermeiden, daß das Ammoniakgas im Ringspalt 58, zwi
schen dem Hüllrohr 56 und dem Innenrohr 46, nach oben steigt,
ist der Ringspalt 58 mit einem Verschlußteil 38 oberhalb der
Öffnungen 136, 138 in Richtung Erdoberfläche verschlossen.
Das Verschlußteil 38 wird entsprechend dem Flansch 40 der
Drosselstellen 22, 24, 26 vor dem Einführen in die Tiefenboh
rung 36 befestigt. Das Ammoniakgas strömt im zweiten Kanal 14
nach oben zur Erdoberfläche. Der Druck p und die Enthalpie h
nehmen von P10 nach P11 ab. Im Punkt P11 besitzt das Ammoniak
gas ca. 40 bar, d. h. ca. 15 bar mehr als im Ausgangspunkt
P1. Der Energieüberschuß von P11 zu P1 kann zur Wärmeabfuhr
an Verbraucher genutzt werden - P11-P12-P13-P1 - oder kann
zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Wärmeabfuhr ge
nutzt werden - P11-P12a-P1 -. Es entsteht ein geschlossener,
rechtsläufiger Kreisprozeß. Anstatt mit mehreren Drosselstel
len 22, 24, 26 kann die Vorrichtung auch nur mit einer Dros
selstelle betrieben werden. In Fig. 2 ist mit einer gestri
chelten Linie ein Verfahrensablauf einer Vorrichtung mit nur
einer Drosselstelle dargestellt. Das Ammoniak wird im Ver
gleich zu mehreren Drosselstellen auf einen geringen Verdamp
fungsdruck 20 gedrosselt.
Zur Leistungsregelung kann der Zulauf vom Kondensatspeicher
66 in den ersten Kanal 10 über das Ventil 126 geregelt wer
den. Dabei sollte die Flüssigkeitssäule nicht unter die erste
Drosselstelle 22 sinken. Um die Vorrichtung abzustellen, kann
entweder die Zufuhr vom Kondensatspeicher 66 zum ersten Kanal
10 unterbrochen werden und/oder es kann aus dem Konden
satspeicher 66 das flüssige Ammoniak über eine Pumpe 44 in
das Innenrohr 46 gepumpt werden, wodurch die Vorrichtung be
sonders schnell abgeschaltet werden kann. Ferner kann die
Pumpe 44 zur Neuinbetriebnahme genutzt werden.
10
Kanal
12
Arbeitsstoff
14
Kanal
16
Drosselbereich
18
Verdampfungsdruck
20
Verdampfungsdruck
22
Drosselstelle
24
Drosselstelle
26
Drosselstelle
28
Rohr
30
Rohr
32
Rohr
34
Füllkörper
36
Tiefenbohrung
38
Verschlußteil
40
Flansch
42
Kunststoffplatte
44
Pumpe
46
Innenrohr
48
Bereich
50
Pumpe
52
Außenrohr
54
Stahlplatte
56
Hüllrohr
58
Ringspalt
60
Anlage
62
Generator
64
Leitung
66
Kondensatspeicher
68
Leitung
70
Leitung
72
Ventil
74
Ventil
76
Ventil
78
Füllstandsmesser
80
Treibstrahlpumpe
82
Meßstelle
84
Ventil
86
Ventil
88
Ventil
90
Ventil
92
Ventil
94
Ventil
96
Ventil
98
Ventil
100
Ventil
102
Ventil
104
Ventil
106
Ventil
108
Ventil
110
Ventil
112
Ventil
114
Ventil
116
Ventil
118
Ventil
120
Ventil
122
Ventil
124
Ventil
126
Ventil
128
Ventil
130
Wärmetauscher
132
Wärmetauscher
134
Turbine
136
Öffnung
138
Öffnung
140
Ventil
P1 Zustandspunkt
P2 Zustandspunkt
P3 Zustandspunkt
P4 Zustandspunkt
P5 Zustandspunkt
P6 Zustandspunkt
P7 Zustandspunkt
P8 Zustandspunkt
P9 Zustandspunkt
P10 Zustandspunkt
P11 Zustandspunkt
P12 Zustandspunkt
P12a Zustandspunkt
P13 Zustandspunkt
p Druck
h Enthalpie
P1 Zustandspunkt
P2 Zustandspunkt
P3 Zustandspunkt
P4 Zustandspunkt
P5 Zustandspunkt
P6 Zustandspunkt
P7 Zustandspunkt
P8 Zustandspunkt
P9 Zustandspunkt
P10 Zustandspunkt
P11 Zustandspunkt
P12 Zustandspunkt
P12a Zustandspunkt
P13 Zustandspunkt
p Druck
h Enthalpie
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Nutzung von Erdwärme mit zumindest einem
ersten Kanal (10), durch den ein Arbeitsstoff (12) nach unten
ins Erdinnere und mit zumindest einem zweiten Kanal (14),
durch den der Arbeitsstoff (12) nach oben, in Richtung Erd
oberfläche geleitet wird, wobei der erste und der zweite Ka
nal (10, 14) ein zum Erdreich geschlossenes System bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Kanal (10) zumindest einen Drosselbereich (16)
aufweist, der den in Strömungsrichtung vor dem Drosselbereich
(16) weitgehend flüssigen Arbeitsstoff (12) auf einen Ver
dampfungsdruck (18, 20) drosselt, so daß der Arbeitsstoff
(12) nach dem Drosselbereich (16) weitgehend vollständig ver
dampfbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drosselbereich (16) von einer ersten und von zumin
dest einer zweiten Drosselstelle (22, 24, 26) gebildet ist,
die in Strömungsrichtung zur ersten Drosselstelle (22) mit
einem Abstand angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drosselbereich (16) zumindest eine Drosselstelle (22,
24, 26) aufweist, die von wenigstens einem Rohr (28, 30, 32)
gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Kanal (10, 14) zu einem ge
schlossenen System verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitsstoff (12) im Vergleich zu Wasser eine niedri
gere Siedetemperatur besitzt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitsstoff (12) Ammoniak ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest nach dem Drosselbereich (16) im ersten Kanal
(10) Füllkörper (34) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Kanal (10, 14) in einer stoff
dicht ausgekleideten Tiefenbohrung (36) angeordnet sind und
der Arbeitsstoff (12) im radial äußeren Bereich innerhalb der
Tiefenbohrung (36) nach unten und im radial inneren Bereich
der Tiefenbohrung (36) durch ein Innenrohr (46) nach oben ge
leitet ist.
9. Verfahren zur Betreibung einer Vorrichtung nach einem
der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der in einem ersten Bereich (48) des ersten Kanals (10)
weitgehend flüssige Arbeitsstoff (12) in einem zweiten Be
reich (16) auf einen Verdampfungsdruck (18, 20) gedrosselt,
anschließende weitgehende vollständig verdampft und im dampf
förmigen Zustand im zweiten Kanal (14) nach oben geleitet
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitsstoff (12) im zweiten Bereich (16) von einer
ersten und von zumindest einer zweiten Drosselstelle (22, 24,
26) in wenigstens zwei Schritten auf den Verdampfungsdruck
(18) gedrosselt wird, wobei zwischen den Drosselstellen (22,
24, 26) dem Arbeitsstoff (12) Wärme zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Inbetriebnahme der Vorrichtung der Arbeitsstoff
(12) über den zweiten Kanal (14) zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Inbetriebnahme nach Befüllen der Vorrichtung mit
einer Pumpe (50) der Druck (p) im zweiten Kanal (14) redu
ziert und der Arbeitsstoff (12) im zweiten Kanal (14) ver
dampft wird.
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