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Die Erfindung betrifft einen Rohrstrang zur Gewinnung geothermischer Wärme, bestehend aus mehreren Rohren, die in ein Bohrloch in Abstand von der Bohrlochwand einsetzbar und an ihren Enden miteinander verbindbar sind, wobei an wenigstens einem Ende der Rohre Führungen für die fluchtende Verbindung benachbarter Rohre vorgesehen sind.
Es ist bekannt, dass bei Tiefbohrungen mit zunehmender Tiefe die im Bohrloch herrschende Temperatur ansteigt und bei grossen Tiefen beträchtliche Werte erreicht. Um diese Wärmeenergie auszunutzen, hat man bereits vorgeschlagen, Wasser oder ein anderes Wärmeträgermedium in die Tiefbohrungen bis zur Bohrlochsohle einzuleiten, wobei ein Wärmetausch erfolgt, und das derart erwärmte Wasser anschliessend hochzufördern. Zur Durchführung eines solchen Verfahrens wurde bereits vorgeschlagen, in die Tiefbohrung einen Rohrstrang in Abstand von der Bohrlochwand einzusetzen, so dass zwischen der Aussenseite des Rohrstranges und der Bohrlochwand ein Ringraum edntsteht, in dem das an der Erdoberfläche eingespeiste Wasser nach unten zur Bohrlochsohle geleitet wird.
Hiebei erfolgt je nach Bohrlochtiefe eine beträchtliche Erwärmung des Wassers, welches schliesslich verdampft, wobei der Dampf durch im Bereich der Bohrlochsohle vorgesehene Öffnungen in das Innere des Rohrstranges eintritt und in diesem Rohrstrang zur Erdoberfläche geleitet wird, wo eine entsprechende Verwertung erfolgt.
Bei Zusammensetzen des aus mehreren Rohren bestehenden Rohrstranges im Bohrloch, dessen Tiefe mehrere tausend Meter betragen kann, muss dafür Sorge getragen werden, dass die Rohre an der Verbindungsstelle miteinander fluchten, dass also eine seitliche Verschiebung der Rohre verhindert wird, welche einen Dampfaustritt durch den hiebei entstehenden Spalt zulassen würde. Man hat daher bereits vorgeschlagen, an wenigstens einem Ende der Rohre Führungen vorzusehen, die nach dem Zusammensetzen an der Verbindungsstelle benachbarter Rohre eine seitliche Verschiebung verhindern. Diese bekannten starren Führungen erfordern jedoch eine sehr genaue Zentrierung der Rohre an der Verbindungsstelle und ermöglichen auch keine Kompensation der im Rohrstrang auftretenden Wärmedehnungen.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung geht hiebei aus von einem Rohrstrang der eingangs beschriebenen Art und besteht im wesentlichen darin, dass die Führungen von Klemmfedern gebildet sind, die am Ende eines Rohres befestigt sind und am benachbarten Rohr federnd anliegen. Zweckmässig weist hiebei die Mittellinie jeder Klemmfeder die Form einer Wellenlinie auf und liegt in einer Axialebene des Rohres.
Wird bei der erfindungsgemässen Ausbildung ein Rohr in das Bohrloch hinabgelassen und mit dem Ende des bereits im Rohrstrang angeordneten Rohres verbunden, so wird nicht nur das Ende des einen Rohres elastisch von dem Klemmfedern umfasst und dadurch zentriert, sondern es werden auch die Klemmfedern nach aussen an die Bohrlochwand gepresst, so dass auf diese Weise gleichzeitig auch eine zentrische Anordnung des Rohrstranges im Bohrloch sichergestellt ist.
Hiebei können Wärmedehnungen des Rohrstranges durch die Federwirkung der Klemmfedern kompensiert werden.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels schematisch veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des erfindungsgemässen Rohrstranges und Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das obere Ende eines den Rohrstrang bildenden Rohres.
In Fig. 1 sind drei Rohre-l, 2, 3-eines erfindungsgemässen Rohrstranges, teilweise abgebrochen, dargestellt. Die Rohre --1 und 2-- sind gleich ausgebildet, wogegen das unterste Rohr-3-des Rohrstranges eine andere Form aufweist. Das Rohr-2-ist mit dem Rohr-3- in bereits zusammengesetztem Zustand dargestellt, wogegen das Rohr-l-eine Lage einnimmt, in der es gerade auf das Rohr-2-aufgesetzt wird.
An einem Ende der Rohre --1, 2- sind Klemmfedern --4--, beispielsweise durch Schweissen befestigt, deren Mittellinie die Form einer Wellenlinie aufweist und die so geformt und angeordnet sind, dass sie im zusammengesetzten Zustand des Rohrstranges am benachbarten Rohr federnd anliegen. Die strichliert dargestellte Klemmfeder ist in die Zeichenebene hineingedreht gezeichnet.
Es ist ersichtlich, dass bei vollständig zusammengeschobenen Rohren die gegen die Längsachse des Rohrstranges gerichtete Welle der wellenlinienförmigen Klemmfedern --4-- zusammengepresst wird und federnd an der Aussenwand des Rohres anliegt, wobei gleichzeitig auch ein federndes Anliegen der Klemmfedern--4-an der Bohrlochwand --6-- erfolgt. Dadurch wird sowohl eine
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sichere Verbindung der Rohre --1, 2, 3- als auch eine Zentrierung und Fixierung des Rohres im Bohrloch erzielt.
Zusätzlich zu den Klemmfedern --4-- können zur Fixierung noch Führungsrippen -5-- vor- gesehen sein. Zwischen den einzelnen Rohren --1, 2, 3-- ist ein Dichtungsring --7- vorge- sehen, so dass an den Stossstellen eine fluchtende und abgedichtete Verbindung der einzelnen Rohre des Rohrstranges erfolgt.
Zwischen der Aussenwand der Rohre --1, 2, 3-- und der Bohrlochwand --6- ist ein Zwischenraum-8-freigehalten, über welchen ein Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, zugeführt werden kann, wobei in die nicht dargestellte Zuführungsleitung ein Ventil und/oder eine Pumpe eingeschaltet ist. Dieses Wärmeträgermedium fliesst im Bohrloch nach unten und erwärmt sich dabei an der heissen Bohrlochwand --6-. Um die Zeit, welche das Wärmeträgermedium für das Abwärtsfliessen zur Bohrlochsohle --9-- benötigt, lang zu halten, sind an der Aussenseite der Roh- re --1, 2-- spiralförmig zur Rohrachse verlaufende Rippen --10-- angeordnet, welche Strömungkanäle bilden und einen spiralförmigen Umlauf des Wärmeträgermediums erzwingen.
Durch die Fliehkraft, die infolge der spiralförmigen Strömung auf das Wärmeträgermedium einwirkt, wird dieses gegen die Bohrlochwand --6- gepresst, wodurch der Wärmeübergang weiter verbessert wird.
Das unterste, auf der Bohrlochsahle --9- aufruhende Rohr --3-- weist eine grössere Wandstärke auf und ist mit seitlichen Schlitzen --11-- versehen, durch welche das Wärmeträgermedium in das Innere des Rohrstranges eintreten kann. Dieses unterste Rohr --3-- weist weiters keine spiralförmig verlaufenden Rippen --10-- auf.
Das durch Schlitze --11-- eintretende Wärmeträgermedium kann je nach dem Erwärmungsgrad noch flüssig sein oder bereits die dampfförmige Phase angenommen haben. Das erwärmte Wärmeträgermedium wird nun im Inneren des Rohrstranges nach oben geführt. Die Rohre-1, 2-- sind zweckmässig im Inneren mit einem wärmeisolierenden Belag --12-- versehen, um eine Wärmeabgabe vom Wärmeträgermedium an die Rohrwand zu verhindern. Die Rohre im obersten Bereich des Bohrloches können gegebenenfalls auch ohne spiralförmig angeordnete Rippen --10-- ausgebildet sein, da in diesem oberen Bereich die Temperatur der Bohrlochwand --6-- noch gering ist und daher in diesem Bereich nur eine geringfügige Erwärmung des Wärmeträgermediums stattfindet, so dass dieses den oberen Bereich des Bohrloches rasch durchlaufen kann.
Am oberen Ende des Rohrstranges ist eine nicht dargestellte Leitung angeschlossen, über welche das im Inneren des Rohrstranges hochgestiegene Wärmeträgermedium einem Verbraucher, beispielsweise einer Heiz- oder Warmwasserbereitungsanlage zugeführt wird.
Um ein leichtes Absenken und Zusammenführen der einzelnen Rohre im Bohrloch zu ermöglichen, sind die vom oberen Ende des Rohres abstehenden Führungsrippen -5-- mit einem Ring --13-- verbunden, der am stirnseitigen Ende des Rohres --1 bzw. 2- befestigt ist und der mit in das Rohrinnere nach unten ragenden Vorsprüngen --14-- versehen ist. An diesen Vorsprün- gen --14- können die Ankerschaufeln --15-- eines Versenkankers --16-- angreifen, mit welchem die einzelnen Rohre auf einfache Weise in das Bohrloch abgesenkt werden können.
In gleicher Weise können die Vorsprünge --14-- auch mit einem Aufholanker zusammenwirken, der sich bei einer Bewegung in Richtung zur oberen Bohrlochöffnung gegen die Vorsprünge --14- anspreizt. Zur Regelung des Wasserzulaufes ist ein Ventil oder eine Pumpe vorgesehen. Ein weiteres Ventil verhindert das Auftreten von Unterdruck, wenn der Zulauf abgesperrt wird. Zweckmässigerweise können auch noch Zuleitungen von der oberen Rohrmündung direkt zu einem Kondensator und zum Wassereinlauf eingeschaltet werden, die eine Vorwärmung vor dem Betriebsbeginn ermöglichen.
Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es, dass die Bohrlöcher in genügend heisses Gestein hinabreichen. Andernfalls müsste das Bohrloch vertieft werden.
Bei einer geothermischen Tiefenstufe von durchschnittlich 33 m sind zu erwarten :
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EMI3.1
<tb>
<tb> Tiefe <SEP> 6000 <SEP> 7000 <SEP> 8000 <SEP> 9000 <SEP> 10000 <SEP> m
<tb> Teufentemperatur <SEP> in <SEP> C <SEP> 200 <SEP> 233 <SEP> 266 <SEP> 300 <SEP> 333
<tb> in. <SEP> Kelvin <SEP> 473 <SEP> 506 <SEP> 540 <SEP> 573 <SEP> 606
<tb> Heizfläche <SEP> bei <SEP> einem <SEP> Bohrlochdurchmesser <SEP> von <SEP> 22 <SEP> cm
<tb> in <SEP> m'2070 <SEP> 2760 <SEP> 3450 <SEP> 4140 <SEP> 4830
<tb> voraussichtliche <SEP> Dampftemperatur <SEP> in <SEP> C <SEP> 151 <SEP> 184 <SEP> 217 <SEP> 250 <SEP> 283
<tb> in. <SEP> Kelvin.
<SEP> 424 <SEP> 457 <SEP> 490 <SEP> 523 <SEP> 556
<tb> Dampfspannung <SEP> in <SEP> bar <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> 21 <SEP> 38 <SEP> 63
<tb>
Dampfbildung voraussichtlich ab 4000 m, arbeitsfähiger Dampf von zirka 10 bar ab 7000 m.
Durch Zusammenfassung mehrerer benachbarter Teufen könnte der Erfolg vervielfacht werden.
An Thermenlinien oder geothermischen Hoffnungsgebieten kann noch mit wesentlich günstigeren Verhältnissen gerechnet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rohrstrang zur Gewinnung geothermischer Wärme, bestehend aus mehreren Rohren, die in ein Bohrloch in Abstand von der Bohrlochwand einsetzbar und an ihren Enden miteinander verbindbar sind, wobei an wenigstens einem Ende der Rohre Führungen für die fluchtende Verbindung benachbarter Rohre vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen von Klemmfedern (4) gebildet sind, die am Ende eines Rohres (1) befestigt sind und am benachbarten Rohr (2) federnd anliegen.