DE19932001A1 - Vorrichtung zur Nutzung von Erdwärme und Verfahren zu deren Betreibung - Google Patents

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

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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.

Bezugszeichen

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

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.