CH389992A - Erdwärmenutzungsverfahren - Google Patents

Description

      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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Nutzung der Erdwärme, dadurch gekennzeichnet, dass flüssige und anderseits auch gasförmige Medien in nutzbare Erdtiefen geleitet werden, um sie dort zu erwärmen und dass die erwärmten Medien genutzt und an die Erdober fläche zurückgeführt werden, um sie unter Abgabe von Wärme bzw. Arbeit zu nutzen. UNTERANSPRÜCHE 1. Erdwärmenutzungsverfahren nach dem Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass wärme leitfähige Wärmeübertragungsmittel zur Übertragung der Erdwärme auf die Zirkulationsleiter eingesetzt sind.

   2. Erdwärmenutzungsverfahren nach dem Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass kompri- mierbare Stoffe mittels der Erdwärmeübertragung komprimiert werden. 3. Erdwärmenutzungsverfahren nach dem Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, d@ass zwecks der Hervorrufung der Zirkulation die Einläufe gegen über den Ausläufen erhöht angeordnet sind.

   4. Erdwärmenutzungsverfahren nach dem Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ver grösserung der Erdwärmeübertragung auch horizon tale Schächte mit Erhöhungen; Vertiefungen und Abzweigungen angeordnet sind. 5.

   Erdwärmenutzungsverfahren nach dem Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, d'ass stärker zu erwärmende Stoffe vor ihrer Abgabe aus den Speichern und Ausflussleitungen mittels hocherhitz- barer Wärmeübertragungsmedien zusätzlich erwärmt werden.

   PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel aufweist, um einerseits flüssige oder ander seits gasförmige Medien zwecks ihrer Erwärmung durch die Erdwärme in nutzbare Erdtiefen zu leiten und anderseits die so erwärmten Medien an die Erdoberfläche zurückzuführen, um sie dort unter Abgabe von Wärme oder Arbeit auszunutzen. UNTERANSPRÜCHE 6.

   Einrichtung nach dem Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufrohre mit Schützen zur Regelung des Durchflusses und der Absperrung sowie mit Seihern und Filtern als Mittel zum Schutz gegen die Verunreinigung der zu erwär menden Medien versehen sind. 7. Einrichtung nach dem Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, d'ass Rohre, Seiher, Kessel, Reservoirs, Tunnels und Stollen als Mittel zur Wärmeanreicherung und Speicherung der mit Erd- wärme zu erwärmenden Medien angebracht sind. B.

   Einrichtung nach dem Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass schräg auslaufende Ein laufrohre mit Seihern zur Umleitung der zu er wärmenden Medien in die Steigrohre, in Zirkulations- räume eingebaut sind. 9.

   Einrichtung nach dem Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Isoliermittel, Isolier- rohre und isolierte Speicher zur Wärmekonservierung und Isolierung der erwärmten von den zugeführten, ungewärmten Medien angebracht sind. 10.

   Einrichtung nach dem Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erdwärme er wärmte Druckkessel und Druckrohre als Druck speicher zur Komprimierung der zu komprimierenden und vorkomprimierten Medien angebracht sind.