DE2935832A1 - METHOD FOR OBTAINING GROWTH AND DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD - Google Patents
METHOD FOR OBTAINING GROWTH AND DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHODInfo
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Description
Verfahren zur Erdwärmegewinnung und Vorrichtung zur Durchführung dieses VerfahrensProcess for geothermal energy production and device for carrying out this process
Es ist bekannt, daß die Temperatur im Innern der Erde höher als an ihrer Oberfläche ist. Es gilt die sogenannte geothermische Tiefenstufe, gemäß der die Temperatur um etwa 3 ° pro 100 ra ansteigt. In Bergwerken, bei denen auf einer Teufe von 2000 m damit eine Temperatur von ca. 60 ° und mehr herrscht, bringt die geothermische Tiefenstufe nur Nachteile und erschwert die Arbeit unter Tage. Für die heutigen Bemühungen, neue Energiequellen zu erschließen, bringt die geothermische Tiefenstufe jedoch große Voricile. Die Erdwärme bietet sich als neue Energiequelle an. Dem Ingenieur stellt sich die Aufgabe, die Erdwärme mit möglichst einfachen Mitteln und mit möglichst geringem Energieaufwand für ihren Transport aus dem Erdinnern an die Erdoberfläche zu transportieren. Diese Aufgabe liegt der folgenden Erfindung zugrunde. Es sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, mit denen die Wärme aus dem Erdinnern an der Erdoberfläche ausgenutzt werden kann. Dabei werden für sich allein bekannte bergtechnische Maßnahmen angewendet, um Bohrlöcher in das Erdreich einzubringen, mit Rohren auszukleiden und desgleichen.It is known that the temperature inside the earth is higher than on its surface. The so-called geothermal applies Depth level, according to which the temperature rises by about 3 ° per 100 ra. In mines where at a depth of 2000 m so that a temperature of approx. 60 ° and more prevails, the geothermal depth only brings disadvantages and makes work more difficult underground. For today's efforts to develop new energy sources, however, the geothermal depth brings great advantages. Geothermal energy offers itself as a new source of energy. The engineer has the task of generating geothermal energy with the simplest possible Means to transport them from the interior of the earth to the earth's surface with as little energy as possible. This object is based on the following invention. A method and a device are to be created with which the Heat from the interior of the earth can be used on the earth's surface. Mining measures known per se are used to drill boreholes in the ground with pipes to undress and the like.
Die grundsätzliche Lösung für die gestellte Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung durch ein Verfahren, gemäß dem flüssiges wärmeübertragungsmittel kalt in ein in das Erdreich eingebrachtes Bohrloch eingelassen und unter Aufnahme von Wärme aus dem umgebenden Erdreich bis zum Bohrlochtiefsten geführt, dort um 180 ° umgelenkt und von dem eingelassenen kalten Wärmeübertragungsmittel getrennt in dem Bohrloch hochgeführt und zur Abnahme der aufgenommenen Wärme aus diesem herausgeleitet wird. Als Wärmeübertragungsmit-t tel bietet sich Wasser an. Selbstverständlich können auch andereThe basic solution for the task at hand emerges according to the invention by a method according to which liquid heat transfer medium cold sunk into a drilled hole in the earth and absorbing heat from the surrounding area Soil led to the bottom of the borehole, where it was deflected by 180 ° and separately from the cold heat transfer medium drawn up in the borehole and removed for the removal of the received Heat is conducted out of this. As a heat transfer agent tel offers water. Of course, others can too
I ■ Flüssigkeiten verwendet werden, falls bessere thermische Eigen- |I ■ Liquids are used if better thermal properties |
schäften im Vordergrund stehen und höhere Kosten rechtfertigen. \ ■Der Einfachheit halber wird im folgenden jedoch ausschließlich von ιbusinesses are in the foreground and justify higher costs. For the sake of simplicity, however, ι
ι !ι!
;Wasser gesprochen. I; Water spoken. I.
j Beim erfindungsgemäßen Verfahren bildet sich in dem Bohrloch einj In the method according to the invention, a small hole is formed in the borehole
'system von kommunizierenden Röhren aus. Diese sind an ihren unte-'system of communicating tubes. These are at their sub-
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ren Enden am Bohrlochtiefsten miteinander verbunden. In das obere Ende der einen Röhre wird das kalte Wasser eingeleitet. Es sei angenommen, daß es infolge natürlicher Schwerkraft nach unten sinkt. Dabei strömt es an der Bohrlochwand entlang, die von Erdreich mit mit zunehmender Tiefe ansteigender Temperatur umgeben ist. Die Wärme aus dem Erdreich überträgt sich auf das abwärts strömende Wasser und erhöht dessen Temperatur. Bei gleichem Röhrenquerschnitt steigt damit auch dessen Strömungsgeschwindigkeit. Am Bohrlochtiefsten tritt das Wasser in die andere Röhre ein und steigt in dieser nach oben. Das System der beiden kommunizierenden Röhren führt dabei dazu, daß das Wasser ohne äußere Einwirkung in der einen Röhre nach unten und in der anderen Röhre nach oben strömt. Das größere Volumen des warmen Wassers führt in der zuletzt genannten Röhre zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit. Damit stellt sich ein Sog auf das abwärts strömende Wasser in der einen Röhre ein. Ohne zusätzliche Pumpleistung ergibt sich ein natürlicher Kreislauf. Die Temperatur, bis auf die das Wasser in diesem Kreislauf durch das Erdreich aufgeheizt wird, hängt von der Teufe des Bohrloches und von der Höhe der erreichbaren Wärmeübertragung ab. Bei einer Teufe von 1000 m ergibt sich theoretisch eine Aufheizung des Wassers um Jü°. Falls die damit erreichte Austrittstemperatur des Wassers nicht zu dessen unmittelbarer Verwendung z.B. zum Heizen von Räumen ausreicht, wird eine Wärmepumpe eingeschaltet. Ebenso kann die eben erlangte und durch natürliche Schwerkraft bewirkte Strömung durch die beiden kommunizierenden Röhren durch eine zusätzliche Pumpe unterstützt werden.Ren ends connected to each other at the bottom of the borehole. In the upper The cold water is fed into the end of one tube. Suppose that it sinks downwards as a result of natural gravity. It flows along the wall of the borehole, along with that of the earth is surrounded with increasing depth of increasing temperature. the Heat from the ground is transferred to the downward flowing water and increases its temperature. With the same tube cross-section This also increases its flow velocity. At the deepest point of the borehole, the water enters the other tube and rises in it up. The system of the two communicating tubes leads here so that the water flows down in one tube and up in the other tube without any external influence. The bigger one The volume of the warm water leads to a higher flow velocity in the last-mentioned pipe. This sets in It sucked in the downward flowing water in one of the tubes. A natural cycle results without additional pumping power. The temperature up to which the water in this cycle is heated by the earth depends on the depth of the borehole and on the level of heat transfer that can be achieved. At a depth of 1000 m there is theoretically a heating up of the water around Jü °. If the outlet temperature thus reached If the water is not sufficient for its immediate use, e.g. for heating rooms, a heat pump is switched on. as well can the flow just obtained and caused by natural gravity through the two communicating tubes through one additional pump can be supported.
, Zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens bieten sich einige Anordnungen an. Grundsätzlich zeichnet sich eine erfindungsge- : ι mäße Anordnung durch eine in das Gebirge eingebrachte Bohrung und ι j ein in dieser unter Belassung eines Ringraumes angeordnetes Rohr j mit in dessen unterem Bereich in seiner Wand vorgesehenen Durchbrechungen aus. Der Ringraum zwischen der Bohrlochwand und dem Rohr bildet die Röhre für das abwärts strömende Wasser, das Wärme unmittelbar aus dem umgebenden Gebirge aufnimmt. Am unteren Ende der Bohrung oder des Ringraumes tritt dieses aufgewärmte Wasser durch die Durchbrechungen in das Rohr ein und strömt in diesemSome arrangements are suitable for carrying out the method according to the invention. Basically, an inventive: ι proper arrangement through a hole made in the rock and ι j a tube j arranged in this leaving an annular space with openings provided in its lower area in its wall the end. The annulus between the borehole wall and the pipe forms the tube for the downward flowing water, the heat absorbs directly from the surrounding mountains. This heated water occurs at the lower end of the bore or the annular space through the openings in the pipe and flows in this
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nach oben.up.
Das Bohrloch wird auf bekannte Weise mit einem üohrlochmeißol, einem Gestänge usw. abgeteuft. Im allgemeinen wird man kein standfestes Gebirge, wie Granit oder Urgestein, antreffen. Das heißt, daß das Bohrloch verrohrt oder mit Rohren ausgekleidet wird. Es entsteht ein an der Bohrlochwand anliegendes und bis zum Bohrlochtiefsten reichendes Mantelrohr. Damit das Rohr, das die Rohre für das aufwärts strömende Wasser bildet, konzentrisch in diesem Mantelrohr sitzt und damit günstige Strömungsvcrhültnisse eintreten, sind auf dem Umfang des Rohres erfindungsgemäß radial verlaufende Abstandhalter angeordnet, die an das Mantelrohr anstoßen und das Rohr konzentrisch in diesem halten.The borehole is made in a known manner with a drill bit, a rod, etc. sunk. In general, you will not find stable mountains such as granite or primary rock. This means, that the borehole is cased or lined with pipes. A casing pipe is created that rests on the borehole wall and extends to the bottom of the borehole. So that the pipe that the pipes are for the upward flowing water forms, sits concentrically in this jacket pipe and thus favorable flow conditions occur, radially extending spacers are arranged on the circumference of the tube according to the invention, which abut the jacket tube and the Hold the pipe concentrically in this.
Sobald das Bohrloch bis zur gewünschten Teufe abgesenkt und die Bohrlochwand verrohrt ist, muß das Bohrloch an seinem unteren Ende abgedichtet werden. Erfindungsgemäß ist hierzu ein aus einem dichtenden Material, z.B. einem Kunststoffdichtmörtcl bestehender Pfropfen vorgesehen, der das untere Ende des Mantelrohres und gegebenenfalls auch das darunter befindliche Gebirge ausfüllt bzw. verdrängt. Hierzu wird das dichtende Material, nachdem das Bohrloch verrohrt und der Bohrmeißel mit dem Gestänge herausgenommen ist, von oben in das Mantelrohr eingeschüttet. Darauf wird dann das andere Rohr,das aus einzelnen zusammengeschraubten Abschnitten; besteht, bis zu diesem Pfropfen abgesenkt. :As soon as the borehole is lowered to the desired depth and the borehole wall has been cased, the borehole must be at its lower end be sealed. According to the invention, this is one of a sealing Material, e.g. a plastic sealing mortar existing Plugs are provided which fills or repressed. For this purpose, the sealing material is removed after the borehole has been cased and the drill bit with the rods is poured into the jacket pipe from above. Then the other tube, which consists of individual sections screwed together; is lowered to this plug. :
Das Mantelrohr besteht vorzugsweise aus einzelnen Metallrohr-Abschnitten. Sie weisen die notwendige Festigkeit auf und gestatten weiter einen guten Wärmeübergang vom Gebirge auf das abwärts strömende Wasser. Das konzentrisch in dem Mantelrohr liegende Rohrj besteht vorzugsweise aus einzelnen Kunststoffrohr-Abschnitten,an i j die die Abstandhalter angeformt sein können. Zweckmäßig wird ein ι Kunststoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit verwendet. Dann be- j hält das aufwärts strömende warme Wasser seine Temperatur im we- ! j sentlichen bei und wird nicht übermäßig durch das abwärts strömend^ kalte Wasser abgekühlt. Wie ausgeführt, hat das aufwärts strömende Wasser bei gleichem Querschnitt der beiden Röhren eine höhere Geschwindigkeit als das abwärts strömende Wasser. Damit senkt sichThe jacket tube preferably consists of individual metal tube sections. They have the necessary strength and also allow good heat transfer from the mountains to the water flowing downwards. The pipe j lying concentrically in the jacket pipe preferably consists of individual plastic pipe sections on which the spacers can be molded. A plastic with low thermal conductivity is expediently used. Then the warm water flowing upwards maintains its temperature in the we- ! j essential and is not excessively cooled by the downward flowing ^ cold water. As stated, the upward flowing water has a higher velocity than the downward flowing water with the same cross section of the two tubes. This lowers
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die Verwcilzoit des aufwärts strömenden Wassers in dem es führenden Rohr. Entsprechend steht auch wenig Zeit zur Verfügung, während der es seine Wärme an das abwärts strömende kalte Wasser abgeben könnte. Damit arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad.the Verwcilzoit of the upward flowing water in which it leads Pipe. Accordingly, there is little time available during which it gives off its heat to the cold water flowing downwards could. The arrangement according to the invention thus operates with a high degree of thermal efficiency.
Die eben beschriebene Ausführungsform wird, wie ausgeführt, bei nicht standfestem Gebirge verwendet. Das Mantelrohr stellt eine verlorene Schalung dar und bildet gleichzeitig die Röhre oder das Vorlaufrohr für das abwärts strömende Wasser. Seine große Oberfläche sichert dabei ohne besonderes Zutun einen guten Wärmeübergang vom Gebirge auf das abwärts strömende Wasser. Beim standfesten Gebirge, wie Granit oder ungestörtem Urgestein, stellt das Mantelrohr einen überflüssigen Kostenfaktor dar und kann entfallen. Für solches standfestes Gebirge ist eine zweite Ausführungsform vorgesehen, die ebenfalls eine in das Gebirge eingebrachte Bohrung aufweist und gekennzeichnet ist durch mindestens eine in der Bohrung angeordnete Rohrleitung aus einem bis zum Bohrlochtiefsten abwärts führenden, dort seine Richtung umkehrenden und dann wieder aufwärts führenden Rohrstrang, und eine die Hohlräume zwischen Bohrlochwand oder Gebirge einerseits und Rohrleitung andererseits ausfüllende Verfüllung aus wärmeleitendem Material. Bei dieser Ausführungsform sind somit die abwärts führende Röhre bzw. der abw.irU; führende Roh t :; Iramj identisch in Lt. der aufwärts führenden Röhre bzw. dem aufwärts führenden Rohrstrang. Damit ist der thermische Wirkungsgrad geringer als bei der ersten Ausführungsform. . Da das Gebirge jedoch stehen und das Bohrloch offenbleibt, entfällt! die Verrohrung und die Kosten für das Abteufen der Bohrung liegen i ebenfalls niedriger. Mit gleichem finanziellen Aufwand können so- j mit mehrere Bohrungen abgeteuft werden. Damit stellt sich bei , gleichem finanziellen Aufwand auch wieder die gleiche thermische ! Ausbeute ein. jThe embodiment just described is, as stated, at not used in stable mountains. The jacket pipe represents a lost formwork and at the same time forms the tube or the flow pipe for the downward flowing water. Its large surface ensures good heat transfer without any special effort from the mountains to the water flowing downwards. In the case of stable mountains such as granite or undisturbed primary rock, this represents Jacketed pipe represents an unnecessary cost factor and can be omitted. A second embodiment is provided for such stable mountains, which likewise has a bore made in the mountains and is characterized by at least one pipeline arranged in the borehole from one to the deepest of the borehole pipe string leading downwards, reversing its direction there and then leading upwards again, and one of the cavities between Borehole wall or rock on the one hand and pipeline on the other hand filling filling made of thermally conductive material. At this Embodiment are thus the downward leading tube or the abw.irU; leading raw t:; Iramj identical in Lt. the leading one Tube or the upwardly leading pipe string. The thermal efficiency is thus lower than in the first embodiment. . However, since the mountains are standing and the borehole remains open, it is not necessary! the casing and the cost of sinking the well are also lower. So j be sunk with several boreholes. With the same financial outlay, this results in the same thermal! Yield a. j
!Wenn das Wasser bei seinem Eintritt in den abwärts führenden Rohr- | 'strang eine niedrigere Temperatur als das umgebende Gebirge aufweist - und nur dann tritt die gewünschte Wärmeabgabe vom Gebirge ein -, empfiehlt sich, daß der abwärts führende Rohrstrang einen größeren Querschnitt als der aufwärts führende Rohrstrang aufweist.)! If the water enters the downward pipe | 'strand has a lower temperature than the surrounding mountains - and only then does the desired heat emission from the mountains occur a -, it is recommended that the pipe string leading downwards has a larger cross-section than the pipe string leading upwards.)
II.
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Dabei kann der größere Querschnitt sowohl durch einen größeren Durchmesser wie auch durch mehrere Rohre gebildet werden.The larger cross section can be formed by a larger diameter as well as by several tubes.
Um in einem Bohrloch eine möglichst große Fläche zum übergang der Wärme vom C.ebirqe auf das Wasser zu erzielen, werden erfindungsgemäß zwei oder mehr Rohr leitungen mit je einem abwärts und einem ; aufwärts führenden Rohrstrang in einer Bohrung angeordnet.In order to have as large an area as possible for the transition of the To achieve heat from the C.ebirqe to the water, according to the invention two or more pipes, each with one downwards and one; upwardly leading pipe string arranged in a bore.
Der Wärmeübergang vom Gebirge auf das Wasser hängt weitgehend von einer guten Verfüllung der Hohlräume ab. Zum Verfüllen wird das s ?Jrmeleitende Material nach dem Einbringen der Rohre in das BohrlochThe heat transfer from the mountains to the water largely depends on good filling of the cavities. For backfilling, that's s ? Thermally conductive material after the pipes have been placed in the borehole
η dieses hinein geschüttet. Dabei muß darauf geachtet werden, daß das Verfüllmaterial bit; zum Bohrlochticfsten herabfällt und sich von dort gleichmäßig nach oben aufbaut. Falls die Rohre exzentrisch oder nicht gerade im Bohrloch verlaufen, besteht die Gefahr, daß das Verfüllmaterial an der Bohrlochwandung Gebirge mitreißt oder daß es nicht durchfällt und sich Lufttaschen bilden. Beides behindert einen guten Wärmeübergang. Zur genauen Fixierung der Rohrstränge sind erfindungsgemäß daher in vertikalen Abständen zwischen diesen horizontal verlaufende Distanz-Stege vorgesehen. Diese halten die Rohrstränge im gewünschten gegenseitigen Abstand und sichern ihre zentrische Lage im Bohrloch. Bei einer solchen Lage der Rohrstränge fällt das von oben zwischen sie eingeschüttete Verfül ....lai -?- rial bis zum Bohrlochtiefsten durch. Von dort aus baut sich das Verfüllmaterial nach oben auf und fällt und rutscht dabei zwischen den Rohrsträngen radial nach unten und füllt das Bohrloch aus, ohne dessen Wand zu beschädigen. Im einzelnen ist erfindungsgemäß vorgese- ; hen, daß die Rohrstränge aus einzelnen Rohrabschnitten zusammengesetzt sind und die zwischen diesen verlaufenden Distanz-Stege eine , Länge von mindestens dem 2,5-fachen der Korngröße des die Verfül- I η this poured into it. Care must be taken that the backfill bit; falls to the bottom of the borehole and builds up evenly from there. If the pipes run eccentrically or not straight in the borehole, there is a risk that the backfill material will drag mountains along the borehole wall or that it will not fall through and air pockets will form. Both hinder a good heat transfer. For the precise fixation of the pipe strings, according to the invention, horizontally extending spacer webs are therefore provided at vertical intervals between them. These keep the pipe strings at the desired mutual distance and secure their central position in the borehole. In such a position of the pipe strings, the filler poured between them from above ... lai -? - rial falls through to the deepest point of the borehole. From there, the backfill material builds upwards and falls and slips radially downwards between the pipe strings and fills the borehole without damaging its wall. In detail, the invention is provided ; hen that the pipe strings are composed of individual pipe sections and the spacer webs running between them have a length of at least 2.5 times the grain size of the filling I
lung bildenden Materiales aufweisen. Dann ist sichergestellt, daß idas zwischen den Rohrsträngen eingeschüttete Verfüllmaterial an die have development forming material. Then it is ensured that the backfill material poured between the pipe strings to the
'sen vorbei radial nach außen fällt und rutscht und sämtliche Bohrjloch-Hohlräume ausfüllt.'sen by radially outwardly falls and slides and fills all drilling jloch cavities.
!Arn Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:! Arn example of the embodiment shown in the drawing will be further described the invention. In the drawing is:
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Figur 1 eine Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten, der ersten Ausführungsform der Anordnung mit dem in das Bohrloch eingesetzten Mantelrohr und noch nicht eingeführten inneren Rohr,Figure 1 is a side view, partially cut away, of the first embodiment of the assembly with the one inserted into the borehole Jacket pipe and inner pipe that has not yet been introduced,
Figur 2 eine Seitenansicht der gleichen Ausführungsform, teilweise im Schnitt, nach dem Einführen dos inneren Rohres,Figure 2 is a partial side view of the same embodiment in section, after inserting the inner tube,
Figur 3 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III in Figur 2,FIG. 3 shows a cross section along the section line III-III in Figure 2,
Figur 4 ein Querschnitt eintlang der Schnittlinie IV-IV in Figur 2, FIG. 4 shows a cross section along the section line IV-IV in FIG. 2,
Figur 5 eine Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten, der zweiten Ausführuncjsform ohne Mantelrohr mit schon teilweise abgesenkten inneren Rohrleitungen,FIG. 5 shows a side view, partially cut open, of the second embodiment without jacket tube with already partially lowered inner pipelines,
Figur 6 eine Seitenansicht,teilweise im Schnitt, der gleichen Ausführungsform im Endzustand mit vollständig abgesenkten inneren Rohrleitungen und eingebrachter Verfüllung,Figure 6 is a side view, partly in section, of the same Embodiment in the final state with completely lowered interior Pipelines and introduced backfill,
Figur 7 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie VII-VII in Figur 5,FIG. 7 shows a cross section along the section line VII-VII in FIG. 5,
Figur 8 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie VIII-VIII in Figur 6,FIG. 8 shows a cross section along the section line VIII-VIII in FIG 6,
Figur 9 eine Aufsicht auf die Ausführungsform nach den Figuren 5 ; und 6 bei größerem Querschnitt der abwärts führenden Rohrstränge jFIG. 9 shows a plan view of the embodiment according to FIG. 5; and 6 with a larger cross-section of the downwardly leading pipe strings j
der Rohrleitungen und ιthe pipelines and ι
Figur 10 eine Aufsicht auf die gleiche Ausführungsform bei Anordnung von insgesamt 3 Rohrleitungen. |FIG. 10 shows a plan view of the same embodiment with arrangement of a total of 3 pipelines. |
In den Figuren 1 und 2 wird das Erdreich oder Gebirge 12 gezeigt. In dieses ist ein Bohrloch 14 abgesenkt. Das Bohrloch 14 ist mit einem Mantelrohr 16 ausgekleidet. Es besteht aus einzelnen miteinander verschraubten Metallrohr-Abschnitten. Zur besseren Übersicht sind diese in Figur 1 nicht im einzelnen dargestellt. In das Mantelrohr 16 wird das mittlere Rohr 18 unter Bildung des Ringraumes 20 abgesenkt. Auf dem Rohr 18 sitzen radial Abstandhalter 22In Figures 1 and 2, the soil or mountains 12 is shown. A borehole 14 is sunk into this. The borehole 14 is lined with a casing pipe 16. It consists of individual with each other screwed metal pipe sections. For a better overview, these are not shown in detail in FIG. In the jacket pipe 16, the middle tube 18 is lowered to form the annular space 20. Spacers 22 are seated radially on the tube 18
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Am unteren Ende des Bohrloches 14 bzw. des Mantelrohres 16 sitzt ein Pfropfen 24 aus dichtendem Material. Er verschließt das Bohrlochtiefste, das mit 26 bezeichnet ist. In seinem unteren Bereich weist das innere Rohr 18 die Durchbrechungen 28 auf.At the lower end of the borehole 14 or of the casing tube 16 sits a plug 24 made of sealing material. He closes the deepest part of the borehole, which is denoted by 26. The inner tube 18 has the openings 28 in its lower region.
Zum Herstellen dieser in den Figuren 1 und 2 und den zugehörigen Schnitten 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein Bohrloch in konventioneller Weise abgeteuft. Dabei wird es mit Metallrohr-Abschnitten verrohrt. Diese bleiben stehen und bilden das Mantelrohr 16. Nach dem Abteufen wird ein dichtendes Material in das Bohrloch eingeschüttet. Es bildet den Pfropfen 24. Anschließend wird das innere Rohr 18 bis zum Bohrlochtiefsten 26 abgesenkt. Auch es besteht aus einzelnen miteinander verschraubten Abschnitten. Die unteren Abschnitte weisen die Durchbrechungen 28 auf.To produce this embodiment of the invention shown in FIGS. 1 and 2 and the associated sections 3 and 4 Arrangement, a borehole is sunk in a conventional manner. It is piped with metal pipe sections. These remain standing and form the casing pipe 16. After the sinking, a sealing material is poured into the borehole. It educates the plug 24. The inner tube 18 is then lowered to the deepest point 26 of the borehole. It also consists of individual with each other bolted sections. The lower sections have the openings 28.
Im Betrieb wird kaltes Wasser, z.B. das von einer Gebäudeheizung abfließende kalte Wasser in den Ringraum 20 eingeleitet. Die beiden oben in Figur 2 eingezeichneten Pfeile deuten dies an. In dem Ringraum 20 fällt das kalte Wasser nach unten. Dabei nimmt es die Wärme auf, die über das metallische Mantelrohr 16 vom Gebirge 12 abgegeben wird. Seine Temperatur steigt an. Im unteren Bereich des Bohrloches 14 tritt das nun warme Wasser über die Durchbrechungen 28 in das innere Rohr 18. ein. Die im unteren Teil von Figur 2 ! und die in Figur 4 eingezeichneten Pfeile zeigen diesen übergang | an. Das warme Wasser strömt in dem inneren Rohr 18 nach oben und j wird an dessen oberen Ende entnommen.Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung wird bei Gebirge ιDuring operation, cold water, e.g. the cold water flowing off from a building heating system, is introduced into the annular space 20. The two This is indicated by the arrows drawn in at the top in FIG. In the annulus 20 the cold water falls down. In doing so, it absorbs the heat given off by the rock 12 via the metallic jacket pipe 16 will. Its temperature rises. In the lower area of the borehole 14, the now warm water passes through the openings 28 into the inner tube 18. The one in the lower part of Figure 2! and the arrows drawn in FIG. 4 show this transition | at. The warm water flows up the inner tube 18 and j is removed from its upper end. The previously described Embodiment of the arrangement according to the invention is in mountains ι
ι verwendet, das in das Bohrloch einbrechen würde, so daß dieses jι used that would break into the borehole, so that this j
; mit dem Mantelrohr 16 ausgekleidet werden muß. j; must be lined with the jacket pipe 16. j
j Die im folgenden beschriebene Ausführungsform nach den Figuren 5j The embodiment described below according to FIGS. 5
'bis 10 wird dagegen bei standfestem Gebirge verwendet.'up to 10 is used for stable mountains.
iBei der in den Figuren 5 bis 10 gezeigten AusfUhrungsform entfällt die Verrohrung des Bohrloches 14, da es sich um standfestes Gebirge 12 handelt. Figur 5 zeigt das Bohrloch 14 dessen Bohrlochtiefste 26 nicht mit einem Pfropfen 24 verschlossen wird ,sondern j In the case of the embodiment shown in FIGS. 5 to 10, this is omitted the casing of the borehole 14, since it is stable rock 12. FIG. 5 shows the borehole 14 whose deepest borehole 26 is not closed with a plug 24, but rather j
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offen bleibt. Figur 5 zeigt die Anordnung bei schon teilweise abgesenkten Rohrleitungen 30. Wie insbesondere der Schnitt in Figur 7 zeigt, handelt es sich um zwei Rohrleitungen 30 mit je einem abwärts führenden Rohrstrang 32 und einem aufwürts führenden Rohrstrang 34. Zwischen den Rohrsträngen verlaufende Stege 36 halten diese in genauem Abstand voneinander. Nach vollständigem Absenken der Rohrleitungen 30 nehmen diese die in Figur 6 gezeigte Lage ein. Nun wird das die Verfüllung 38 bildende Material eingeschüttet. Esremains open. Figure 5 shows the arrangement when already partially lowered pipes 30. As shows in particular the section in Figure 7, there are two pipes 30, each with a downward-leading pipe string 32 and a aufwürts leading tubing 34. Between the pipe sections extending webs 36 keep these at a precise distance from each other. After the pipes 30 have been lowered completely, they assume the position shown in FIG . Now the material forming the backfill 38 is poured in. It
handelt sich um einen Mörtel mit guten wärmeleitenden Eigenschaften.is a mortar with good thermal conductivity properties.
i Er wird zwischen und seitlich von den Rohrsträngen in das Bohrloch ; eingeschüttet. Nach dem Auftreffen am Bohrlochtiefsten 26 baut er j sich auf. Schließlich füllt er von unten hochsteigend sämtliche | Hohlräume im Bohrloch 14 aus. Damit ergibt sich eine innige wärme leitende Verbindung zwischen dem Gebirge 12 und den Rohrsträngen. i It is inserted into the borehole between and to the side of the tubing strings ; poured in. After hitting the deepest part of the borehole 26, it builds up . Finally, from the bottom, it fills all of the | Cavities in the borehole 14 from. This results in an intimate, thermally conductive connection between the mountain 12 and the pipe strings.
Wie die Pfeile in Figur 6 andeuten, wird kaltes Wasser in die abwärts führenden Rohrstränge 32 eingeleitet. In diesen strömt es nach unten und nimmt dabei die vom Gebirge 12 abgegebene Wärme auf. Am Bohrlochtiefsten 26 tritt das Wasser in die aufwärts führenden Rohr» stränge 34 ein. Auch dort wird es, solange seine Temperatur noch unter der des Gebirges 12 liegt, weitere Wärme aufnehmen. Schließ- ! lieh wird es an den oberen Enden der Rohrstränge 34 als warmes Wasser entnommen.As the arrows in FIG. 6 indicate, cold water is introduced into the pipe strings 32 leading downwards. In this it flows downwards and absorbs the heat given off by the mountains 12. At the bottom 26 of the borehole, the water enters the pipe strings 34 leading upwards. There, too, as long as its temperature is still below that of the mountains 12, it will absorb further heat. Closing ! It is borrowed from the upper ends of the pipe strings 34 as warm water.
Die Querschnitte in den Figuren 7 und 8 zeigen die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Ausführungsform, bei der die abwärts und die aufwärts führenden Rohrstränge gleichen Querschnitt haben. Figur 9 zeigt eine Ausführungsform,bei der die abwärts führenden Rohrstränge 32 einen größeren Querschnitt als die aufwärts führenden Rohrstränge 34 haben. Mit dieser Maßnahme wird unter anderem bewirkt, daB das warme Wasser in den Rohrsträngen 34 eine höhere Geschwindigkeit an- ! nimmt. Damit wird die Zeit verkürzt, während der es in den Bereicheiji, in denen seine Temperatur über der des Gebirges 12 liegt, Wärme an ι dieses abgeben kann. Dies verbessert den thermischen Wirkungsgrad. In Figur 10 wird noch eine Anordnung gezeigt, bei der statt 2 nun JJ Rohrleitungen mit je einem abwärts und aufwärts führenden Rohr- ι The cross-sections in Figures 7 and 8 show, the embodiment shown in Figures 5 and 6, in which the downward and the upward-leading pipe strands same cross-section. FIG. 9 shows an embodiment in which the downwardly leading pipe strings 32 have a larger cross section than the upwardly leading pipe strings 34. This measure is caused, among other things, dab the warm water means a higher velocity in the pipe sections 34! takes. This shortens the time during which it can give off heat to it in the regions in which its temperature is above that of the mountains 12. This improves the thermal efficiency. In Figure 10 an arrangement is shown in which instead of 2 now JJ pipelines each with a downward and an upward pipe ι
ι strang 32 bzw. 34 vorgesehen sind. jι strand 32 and 34 are provided. j
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Die bei der Erfindung anwendbaren Bohrlochtiefen sind theoretisch nicht begrenzt. In der Praxis ergeben sich jedoch eine untere Bohrlochtiefe von vielleicht 1.000 m und obere Bohrlochtiefe von vielleicht 2.000 m. Bei einer Bohrlochtiefe von weniger als etwa 1.000 m liegt die Temperatur zu niedrig und bei Bohrlochtiefen von über 2.000 m werden die Kosten zu hoch. Die Durchmesser des Bohrloches und der Rohre werden im allgemeinen in den Bereich von 100 bis 400 mm fallen. Die unter Umständen zusätzlich verwendeten Pumpen, die die Wasserströmung unterstützen, haben nur eine sehr geringe Leistung. Der Auftrieb, der sich durch das niedrigere spezifische Gewicht des erwärmten Wassers ergibt, reicht im allgemeinen iiir die Umwälzung des Wassers aus. Damit braucht eine Pumpe nur die Strömungsverluste auszugleichen. Entsprechend wird ihre Leistung gering bemessen.The borehole depths that can be used in the invention are not limited in theory. In practice, however, the result is a lower borehole depth of perhaps 1,000 m and an upper borehole depth of perhaps 2,000 m. With a borehole depth of less than about 1,000 m, the temperature is too low and with borehole depths of over 2,000 m the costs become too high. The diameters of the borehole and tubing will generally fall in the range of 100 to 400 mm. The pumps that may additionally be used to support the water flow have only a very low output. The buoyancy resulting from the lower specific weight of the heated water is generally sufficient for the circulation of the water. A pump only needs to compensate for the flow losses. Accordingly, their performance is rated as low.
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Claims (14)
dort um 180° umgelenkt und von dem eingelassenen kalten Wärmeübertragungsmittel getrennt in dem Bohrloch hochgeführt und zur Abnahme der aufgenommenen Wärme aus diesem herausgeleitet wird.A method for generating geothermal energy, characterized in that a liquid heat transfer medium is introduced cold into a borehole made in the earth and guided to the borehole while absorbing heat from the surrounding earth,
deflected there by 180 ° and separated from the let-in cold heat transfer medium up in the borehole and conducted out of this in order to remove the absorbed heat.
von Wasser als Wärmeübertragungsmittel.2. The method according to claim 1, characterized by the use
of water as a heat transfer medium.
1-3, gekennzeichnet durch ein in das Gebirge (12) eingebrachtes Bohrloch (14) und ein in dieser unter Belassung eines Ringraumes (20) angeordnetes Rohr (18) mit in dessen unteren Bereich in seiner Wand vorgesehenen Durchbrechungen (28).4. Arrangement for performing the method according to the claims
1-3, characterized by a borehole (14) made in the rock (12) and a tube (18) arranged in this leaving an annular space (20) with openings (28) provided in its lower area in its wall.
Umfang des Rohres (18) angeordnete radial verlaufende Abstandhalter (22), die an das Mantelrohr (16) anstoßen und die das
Rohr (18) konzentrisch im Mantelrohr (16) halten.6. Arrangement according to claim 4 and 5, characterized by on the
Radial spacers (22) which are arranged around the circumference of the tube (18) and which abut the casing tube (16) and which the
Hold the tube (18) concentrically in the jacket tube (16).
darunter befindliche Gebirge ausfüllt bzw. verdrängt. ■made of a sealing material plug (24) that; lower end of the jacket tube (16) and possibly also that
the mountains below are filled or displaced. ■
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