DE2724027A1 - Geothermal heat exchange system - uses double walled plunge tube for underground chamber of specified dimensions at given temp. - Google Patents

Geothermal heat exchange system - uses double walled plunge tube for underground chamber of specified dimensions at given temp.

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DE2724027A1 DE19772724027 DE2724027A DE2724027A1 DE 2724027 A1 DE2724027 A1 DE 2724027A1 DE 19772724027 DE19772724027 DE 19772724027 DE 2724027 A DE2724027 A DE 2724027A DE 2724027 A1 DE2724027 A1 DE 2724027A1
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    • F24T10/20Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
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Abstract

An underground cavity, 6000 m or more below surface level, which may be natural or man made, is for geothermic energy storage. It may be round, oval, or rectangular in section. A vertical double walled plunge tube can be used for heat distribution and air circulation. Temperatures of 300 deg.C can be achieved. Heat is extracted from the large area of the sides of the cavity, based on the system of the main patent. This surface area is at least 100 times larger than that of the tube, to ensure that cooling down of the sides is not excessive. For temperatures under 100 deg.C, water can be used as an energy exchange medium.

Description

Bezeichnung: faum zur Gewinnung geothermischer Energie Zusatzanmeldung zur Satentanmeldung P 24 18 182 am 13. 4e 74 Im hauptpatent ist ein Gerät mit zweizylindrischen Hohre, welche ins Brdinnere eingeführt sind ,zur Förderung der in den tiefen Schichten der Erde vorhandene Energie an die Erdober= fläche ohne Energie u. Arbeitsaufwand zu fördern, im Wasser und Dampfverfahren beschrieben0 Die Energie wird in einem mit Wassergefüllten Wärmespeicher gesammelt, damit am Tage die doppelte Menge an Energie verbraucht werden kann als die Stundenleistung der Anlage fördert, Die Zusatzanmeldung zum Hauptpatent, beruht vorwiegend auf einer Verstarkung der Energiezufuhr aus trockenen Gesteins= massen, welche im U-ntergrund bis zu 6 000 meter Tiefe liegen.Designation: faum for the generation of geothermal energy additional registration for satellite registration P 24 18 182 on 13th 4e 74 In the main patent is a device with two-cylinder Holes, which are introduced into the interior of the body, to promote the deep layers the earth's existing energy to the earth's surface without energy or labor to promote, described in the water and steam process0 The energy is in one with water-filled heat accumulator collected, so that during the day twice the amount of Energy can be consumed as the hourly output of the system promotes, the additional registration to the main patent, is based primarily on an increase in the energy supply from dry Rock = masses which lie in the underground up to a depth of 6,000 meters.

Die Gesteinsmassen können zerklüftet sein oder aus einem ganzen Felsblock bestehen, Gegenstand der Errindung ist, einen Hohlraum mit großen Wandflächen zu schaffen, damit die Auskühlungsbelastung sich auf eine größere Anzahl von m2 verteilt, um eine starke Auskühlungsdicke an den inergiezuführendin Wänden zu verhindern0 Führt z. B. das eingetauchte Rohr vom Erdmax, eine ausgekühlte Wassermasse von 1 000 kcalr nach unten und diese belastet 1 m2 Felswand, so wird diese um ca 0,10meter Dicke ausgekühlt0 Bei einer Auskühlung von 200 aus 100 OC, entsteht eine Temperraturdifferenz von 100 °C bei einer Ausküh]unnsdieke von 0,10 mO n bei konstantem Energienachfluß von 1 000 kcalr m h Wird, diese Belastung auf 100 m² verteilt ist die Auskühlungsdicke nur noch o,001 mO Der Energienachfluß ist um das 100 fache verstärkte Als Energieträger von den heißen Wanden zum Eintauchrohr des Erdmaxes, wird vorwiegend Wärmestrahlung und Luftumwälzung verwendet. Wasser als Energieträger, kann nur in ganzen Felsblöcken ohne Hisse und Spalten angewendet werden und die Felswände müssen in der Zahl der M2 um 55 oio erwitert werden, wenn die gleiche Leistung wie bei Luft erreicht werden soll.The rock masses can be fissured or from a whole boulder exist, the object of the invention is to create a cavity with large wall surfaces create so that the cooling load is distributed over a larger number of m2, in order to prevent a strong cooling thickness on the inergy supplying walls0 Performs e.g. B. the immersed pipe from Erdmax, a cooled water mass of 1 000 kcalr down and this loads 1 m2 of rock face, so this is about 0.10 meters Thickness cooled 0 When cooling down from 200 to 100 OC, the result is a temperature difference of 100 ° C with a cooling value of 0.10 mO n constant energy flow of 1 000 kcalr m h will, this load on 100 m² distributed the cooling thickness is only 0.001 mO 100 times stronger As an energy source from the hot walls to the immersion tube of the Erdmaxes, is mainly used thermal radiation and air circulation. Water as Energy source, can only be used in whole boulders without heaves and crevices and the rock walls have to be enlarged in the number of M2 by 55 oio, if the same performance should be achieved as with air.

In seltenen Fällen kommt in zerklüften Gesteinsmassen, fließendes Wasser vor, auch dies kandbei. Formalbohrungen zur Energiegewinnung verwendet werden0 Die Wärmeleitzahl von tasse Gestein ist 0,75 bis 1 kcalr. m2h °C und bei trockenen Gesteinsmassen 1 bis 1,5 kealr m? h °C.In rare cases, flowing rock occurs in jagged rock masses Water before, also this kandbei. Formal wells are used to generate energy0 The thermal conductivity of a cup of rock is 0.75 to 1 kcalr. m2h ° C and dry Rock masses 1 to 1.5 kealr m? h ° C.

Herrscht in dem Raum wo die geothermische Energie gewonnen wird 2000C und das Eintauchrohr hat nur 20 °C,entsteht eine Luftumwä.lzgeschwindigkeit von 40 m/seke.Das wintauchrohr hat oben 100 und unten 20 °C bei Wasserfüllung und bei Dampf oben 200 und unten 120 °C.Is 2000C in the area where the geothermal energy is obtained and the immersion tube has only 20 ° C, an air circulation speed of 40 m / sec. The winter dip tube has 100 ° C at the top and 20 ° C at the bottom when filled with water and at Steam above 200 ° C and below 120 ° C.

Werden mehrere Erdmaxe in einen Felsspalt eingebaut,oder in einen Felsblock eingefräst, welche oben in einen Wärmespeicher führen, wie bereits im Hauptpatent beschrieben, kann der Energiebedarf nach belieben gehoben und gesenkt werden0 Bis 150 OC ist die Wasserfüllung im Eintauchrohr zuverwendene Bei Temperaturen von 200 bis 300 °C ist das Dampfverfahren, wie bereits im Hauptpatent beschrieben anzuwenden.Die Förderungs= geschwindigkeit ist schneller und das zu und abschalten ist einfacher. Die Bauart des Dampfverfahrens ist leichter und die Erstellungskosten sind geringer.If several Erdmaxe are installed in a crevice, or in one Milled boulder, which lead into a heat storage above, as already in As described in the main patent, the energy requirement can be raised and lowered as desired 0 Up to 150 OC, the water filling in the immersion tube is to be used At temperatures from 200 to 300 ° C is the steam process, as already described in the main patent The conveying speed is faster and switch that on and off it's easier. The design of the steam process is lighter and the production costs are lower.

Die Zeichnungen 1 bis 5 zeigen in zerklüften und geschlossenen Gesteinsmassen verschiedene Räume zur Gewinnung geothermischer EnergiesDie Räume können töhlen, Felaspalten wie von Natur oder künstlich geschaffen, sein, sowie eigens hierfür ausgefrästen Hohlräumen bestehen, Zeichnung Nr 1 zeigt einen geschlossenen Felsblock 30, die Felswand 32 ist 100 mal größer in der Zahl der?1<2 als diese vom eingetauchten Rohr des Erdmaxese 1.The drawings 1 to 5 show in jagged and closed rock masses different rooms for the generation of geothermal energy Felaspalten as if created by nature or artificially, as well as specially for this There are milled cavities, drawing no. 1 shows a closed boulder 30, the rock wall 32 is 100 times larger in number of? 1 <2 than that of the submerged one Pipe of the earth maxesis 1.

Nat der Felsblock 30 eine Tempewatll.r von 200 OC und das eingetauchte Rohr 1 des Erimaxes 20 UC, ensteht mit der Luft 31 eine Umwälzgeschwindigkeit von 40 m/ sekO Die unten aufschlagende Kaltluft, erzeugt die Auskühlungsdicke 30a Die kalte Luft 31 erwärmt sich ander Felswand 32 und steigt nach oben,gibt ihre Energie an das Eintauchrohr 1 ab und fällt nach unten0 Wird Wasser als Energieträger verwendet ist ein Messrohr 31a , welches zugleich als kusdehnungsrohr verwendet wird, angebracht.Nat the boulder 30 a tempewatll.r of 200 OC and the immersed pipe 1 of the Erimaxes 20 UC, with the air 31 a circulation speed of 40 m / sec upwards, gives off its energy to the immersion tube 1 and falls downwards. If water is used as an energy carrier, a measuring tube 31a, which is also used as an expansion tube, is attached.

Bei Wasser als Energieträger 31 ist der Energienachfluß aus der Felswand 30 bis 25 % geringer als bei Lufte Zeichnung Nr. 2 zeigt eine ausgefräste Kammer inEinem Felsblock, von der bis zu 100 Stück nebeneinander in einen geschlossenen oder Zerklüfteten Felsen eingebracht sind und an einen Wärmespeicher angeschlossen sind . Der Energieträger kann Luft oder Wasser sein. Der Energieaustausch ist wie bei Zeichnung Nre 1 Zeichnung Nr 3 zeigt ein zerklüftetes Gestein mit fließendem WassereDie Bohrung wird hier nicht ausgeweitete Das fließende Wasser 31 fließt über die Felsspalten 31a zu u. abe Das herbeifließende Heißwasser steigt in der Bohrung nach oben , kühlt sich am Eintauchrohr des Erdmaxes ab und fällt nach unten,geht in Flußrichtung über die Felsspalten 31a abo Zeichnung Nr 4 zeigt ein Felsspalt in zerklüfteten Gesteins= massen. Das Eintauchrohr 1 ist mit Wasser gefüllt, der Energieträger 31 ist Luft und Wärmestrahlung0 Die Felspalten 31a führen verstärkt Energie bei, die Auskühlungsdicke 30a ist schwächer0 Zeichnung Nr 5 zeigt einen Felsspalt in zerklüftemGestein 30 mit einer Temperatur von 200 bis 300 0C. Hier wird das Dampfverfahren angewendet0 Die Bauart ist leichter und die Förderung schneller, Als Energieträger wird Wärmestrahlung und Luftumwälzung verwendet. Eine zusätzliche Zerstäuberplatte 5b im Eintauchrohr 1 versprengt das eintropfende Wasser. Die Auskühlungsdicke ist sehr klein und die Energiegewinnung kann gesteigert werden0 Die hohe Temperatur der laift 31 verdampft sehr schnell das eingetropftc Wasser in Eintauchrohr 1 . Der Dampf steigt im Zwischenraum von 1 und 5 nach oben und die Isolierung 6 verhindert ein Wärmeabfluß zu dem oberen , kälteren Gestein0In the case of water as the energy carrier 31, the energy flow is from the rock face 30 to 25% less than with Lufte. Drawing no. 2 shows a milled chamber in a boulder, of which up to 100 pieces side by side in a closed one or fissured rocks are introduced and connected to a heat storage system are . The energy carrier can be air or water. The energy exchange is like at drawing number 1 drawing number 3 shows a fissured rock with flowing The borehole is not widened here. The flowing water 31 overflows the crevices 31a to and abe The hot water flowing in rises in the bore upwards, cools down on the immersion tube of the Erdmaxes and falls downwards, goes in the direction of flow over the crevices 31a abo drawing no. 4 shows a crevice in fissured rock = masses. The immersion tube 1 is filled with water, the Energy carrier 31 is air and thermal radiation 0 The rock gaps 31a lead to a greater extent Energy at, the cooling thickness 30a is weaker0 Drawing No. 5 shows one Fissure in fissured rock 30 with a temperature of 200 to 300 0C. here the steam process is used 0 The construction is lighter and the conveyance is faster, Thermal radiation and air circulation are used as energy sources. An additional The atomizer plate 5b in the immersion tube 1 disperses the dripping water. The cooling thickness is very small and the energy production can be increased0 The high temperature The laift 31 very quickly evaporates the water that has dripped into the immersion tube 1. The steam rises in the space between 1 and 5 and the insulation 6 prevents it a heat drain to the upper, colder rock0

Claims (1)

Patentanspruch,1 : Dadurch g?Kennzelchrlet, cal3 in den Ge@teins = Massen in 6 000 m. und tiefer, vorhandene oder künstlic@ ge= schaffene Räume die rund, oval vier -oder rechteckig sein können, zur Gewinnung geothermischer Energie verwendet werden,wotei Wärmestrahlung und Luftumwälzung als Wärmeträger zum Eintauchrohr verwendet wird, Patentanspruch 2 : Dadurch gekennzeichnet , daß ein Haum und mehrere Räume zur Gewinnung geothermischer Energie in 6 000 m0 und tiefer bis zu 300 °C in einen zerklüfteten Felsblock oder geschlossenen Felsblock erstellt werden, welche dazu dienen, daß deren großen Wandflächen zur Absaugung der nachfließenden aus den Gesteinsmassen kommenden Energie, ohne große Auskühlungs= dicke bei konstantem Fluß gewonnwn werden kann0 Patentanspruch 3 : Dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der m² der Felswände nach den Patentansprüchen 1 u. 2 , 100 mal größer sind gegenüber der m2 des Eintauchrohres, um eine Auskühlung der Wände zu verhindern, damit die Auskühlungsdicke welche für den Energie-nachfluß bestimmend ist ,O1 m nicht überschreiten soll.Claim, 1: As a result, g? Kennzelchrlet, cal3 in the Ge @ teins = Masses in 6,000 m. And deeper, existing or artificially created spaces die Round, oval, four or rectangular can be used to generate geothermal energy are used, where heat radiation and air circulation are used as heat transfer media to the immersion tube is used, claim 2: characterized in that a Haum and several Rooms for the generation of geothermal energy in 6,000 m0 and below up to 300 ° C which can be created in a fissured boulder or closed boulder serve to ensure that their large wall surfaces for suction of the flowing out of the Rock masses coming energy, without great cooling = thickness with constant flow can be won0 claim 3: characterized in that the number of m² of the rock walls according to claims 1 and 2, 100 times larger compared to the m2 of the immersion pipe to prevent the walls from cooling down so that the Cooling thickness, which is decisive for the energy flow, do not exceed O1 m target. Patentanspruch 4 : Dadurch gekennzeichnet, daß bei Gesteinsmassen unter 100 °C und darüber,Wasser als Energieträger von den Wånden der geothermischen Energieräumen zum Eintauchrohr des Erdmaxes verwendet werden kann.Claim 4: characterized in that in the case of rock masses below 100 ° C and above, water as an energy carrier from the walls of the geothermal Energy rooms can be used for the immersion tube of the Erdmaxes. Patentanspruch 5 : Dadurch gekennzeichnet, daß in zerkliiften Gesteinsmassen mit fließendem Gewässer bis 1000C eine Bohrung nieder gebracht wird, in der das Eintauchrohr zu stehen kommt, damit dem dirchfließenden Wasser die Wärme entzogen werden wann.Claim 5: characterized in that in crushed rock masses a borehole is sunk with running water up to 1000C in which the Immersion pipe comes to a standstill so that the heat is removed from the flowing water will when. Patentanspruch 6 : Dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung am Eintauchrohr bis zum Raum geothermischer Energiegewinnung niedergebracht wird.Patent claim 6: characterized in that the insulation on the immersion tube is brought down to the room for geothermal energy generation. Patentanspruch 7 : Dadurch gekennzeichnet, daß mit Wasser gefüllten Energieräumen ein Mess und Ausdehnungsrohr angebracht wird.Patent claim 7: characterized in that filled with water A measuring and expansion pipe is attached to the energy room. Patentanspruch 8 : Dadurch gekennzeichnet, daß die geothermische Energie mit Hilfe von Wasser oder mit Dampf im Eintauchrohr aus den Räumen für Gewinnung geothermischer Energie nach oben in den Wärme speicher gefördert wird0Claim 8: characterized in that the geothermal energy with the help of water or with steam in the immersion pipe from the rooms for extraction geothermal energy is pumped up into the heat storage system0
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007033436A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Kessels, Winfried, Dr. Geothermal probe for use in heating system of e.g. house, for extracting heat energy from underground, has annular space hydraulically excited for increasing heat transport from rock mass e.g. aquifer, to heat exchanger e.g. coaxial pipe
DE102007040709A1 (en) * 2007-08-29 2009-03-05 Sasse, Heiko, Dipl.-Ing. Geothermal probe system for providing terrestrial heat from large depth, has medium applied into area and probes that are drilled in sections of loads and towards chamber so that medium is fedback over pipes to central probe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007033436A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Kessels, Winfried, Dr. Geothermal probe for use in heating system of e.g. house, for extracting heat energy from underground, has annular space hydraulically excited for increasing heat transport from rock mass e.g. aquifer, to heat exchanger e.g. coaxial pipe
DE102007040709A1 (en) * 2007-08-29 2009-03-05 Sasse, Heiko, Dipl.-Ing. Geothermal probe system for providing terrestrial heat from large depth, has medium applied into area and probes that are drilled in sections of loads and towards chamber so that medium is fedback over pipes to central probe

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