HU193647B

HU193647B - Method and apparatus for utilizing geothermic energy

Info

Publication number: HU193647B
Application number: HU83484A
Authority: HU
Inventors: Lajos Szekely; Istvan Csorba; Sandor Bodas
Original assignee: Melyepitesi Tervezo Vallalat
Priority date: 1983-02-14
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1987-11-30
Also published as: JPH041837B2; EP0118788A2; EP0118788A3; US4642987A; DE3475213D1; JPS59206593A; EP0118788B1; HUT36911A

Description

A találmány geotermikus energia hasznosítására szolgáló eljárásra és berendezésre vonatkozik.

A száraz kőzetek hőtartalmának — geotermikus energiájának — hasznosítására irányuló törekvések ismeretesek. „Mesterséges hévíztermelésnek“ nevezhető az a kétkutas módszer, amely szerint az egyik kúton keresztül vizet nyomnak a kőzetbe, a másik kúton keresztül pedig a felmelegedett vizet kitermelik. A két kút között értelemszerűen hidraulikus összeköttetést kell biztosítani, pl. robbantással üregeket, repedéseket kell kialakítani. Annak érdekében, hogy a kutak alsó végpontjai egymáshoz közel essenek, ferde fúrású kutakat is szoktak létesíteni. Ezen a „mesterséges hévíztermelési elven alapszik a 165 379. számú magyar szabadalmi leírás szerinti megoldás is, amely szerint a hőtermeléshez megfelelően kialakított kútszerkezetet javasolnak: a tárolótér a fúrólyuknak a béléscsővel védett, a sarunál a rétegből záródugóval elválasztott része, a felszállótér pedig egy, a béléscsőbe épített, szigetelt termelőcső. Az áramlást a gyűrűstérből a termelőcsőbe szivattyúegység biztosítja.

A fenti jellegű megoldások hátránya, hogy meglehetősen költségesek. Ennek oka egyrészt az, hogy az állandó szivattyúzás miatt nagy az energiafelhasználás, másrészt hatásos szigetelésre van szükség, különben a kitermelt közeg még a térszín alatt visszaadja hőjét a betáplált közegnek. A hatásos szigetelés viszont helyigényes, tehát az amúgy is kicsi áramlási keresztmetszetet tovább csökkenti; emiatt a keringtetéshez szükséges szivattyúzási energia-igény még tovább növekszik. Amennyiben a kétkutas megoldást alkalmazzák, amelynél a víz felmelegítése a természetes kőzetekkel közvetlen érintkezésben történik, további hátrányként jelentkezik az, hogy a kitermelt víz — a termálvizekhez hasonlóan — nem kívánt ásványi anyagokat is tartalmazhat, és vízkövesedés is bekövetkezhet.

A fent említett egykutas megoldásnál jelentkező hátrányok kiküszöbölésére (hőcsere a külső és belső cső között, illetve költséges szigetelés, valamint szivattyúzás) ismerté váltak olyan javaslatok, amelyek szerint az azonos hőmérsékletű betáplált folyadék és kitermelt gőz hőtartalma közötti különbséget, a párolgáshőt kell hasznosítani. Az ilyen jellegű megoldások racionális megdalósíthatóságát nagymértékben gátolja az a tény, hogy a folyadékoszlop nyomása a mélységgel növekszik, emiatt legfeljebb igen kismennyiségü gőz termelésére van csak e módszerrel lehetőség. Ez a megállapítás érvényes az SE-1710 OTH alapszámú, közzétett magyar találmányi bejelentésben szereplő megoldásra is, amelynek az a lényege, hogy a folyadékot geotermikus energiával felhevitett gőztermelő cső belső palástfelületére juttatják, azon lecsörgedeztetik, és így a kútszerkezet teljes mélységében kívánják létrehozni 2 az elgőzöléshez szükséges nyomást. A megoldás hátránya, hogy közel atmoszférikus nyomással, vagy vákuummal működik (felszíni szerelvényei is ennek megfelelőek: vákuumszivattyúja van, lefúvatószelepe nincs), ami már csekély teljesítménnyel is jelentős gőzsebességet tesz szükségessé. Ebből adódik az, hogy a gőzfázis elválasztása céljából minden esetben be kell építeni az ún. elválasztócsövet, a teljesítmény azonban még így is korlátozott. Az elválasztócsővel kapcsolatos probléma még, hogy a folyadék a gőztermelő cső belső felületéről bármilyen szerkezeti aszimmetria következtében átkerülhet az elválasztócsőre, és ebben a formában ott is marad, mivel nincs megoldás a rendeltetési helyre történő visszafuttatására. Szerkezeti szempontból hátrányos, hogy a folyadék fúvókén keresztül jut a csőfalra, ami a porlaszióhatás miatt — nVm biztosítja az egyenletes terítést. Végül további hátrányt jelent, hogy a kútszerkezet és a kőzetek között a megfelelő hőátadás nincs biztosítva, így a várható teljesítmény sem optimális.

A találmány feladata, hogy olyan megoldást szolgáltasson geotermikus energia hasznosítására, amely folyékony közeg gőzzé alakításán alapszik, azonban mentes a jelenleg ismert ilyen célú megoldások fent részletezett hátrányaitól, nevezetesen a túlságosan nagy gőzsebesség következményeitől, az elvá asztócső jelenlétéből adódó problémáktól, valamint a kútszerkezet és a kőzetek közötti rossz hőátadás káros hatásaitól.

A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a kútban megfelelő túlnyomás beállításával, továbbá megfelelő hőhordozó közeg kiválasztásával elérhető, hogy a telített gőz fajlagos párolgáshője elég nagy legyen ahhoz, hogy a kőzetektől elvonható hőmennyiséget a gőz olyan kis sebességgel szállítsa ki, ami mellett a folyadéknak a gőzével ellentétes irányú áramlása még megvalósulhat, emellett — a beállított túlnyomáshoz képest — az áramlási nyomásveszteség is elhanyagolható Ez azt jelenti, hogy — a működést zavaró, ill. akadályozó — elválasztócső beépítésére nincs szükség, a gőznyomás pedig — és azzal együtt a telítési gőzhőmérséklet — a kft egész hosszában lényegében állandónak tekinthető, ami alapvető feltétele annak hogy a kőzetektől az adott kilépési hőmérséklet mellett elvonható hőmennyiséget gyakorlatilag teljes mértékben hasznosítsuk.

E felismerések alapján a kitűzött feladatot & találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek során a térszín alatti kőzetbe mélyesztett gőztermelő csőbe folyadékot vezetünk, a geotermikus hő kihasználásával a folyadékot elgőzölögtetjük, és a gőzt — pl. villamosenergia termelésére — hasznosítjuk, és amelyre az jellemző, hogy a gőztermelő csőben az atmoszferikust meghaladó nyomást (túlnyomást) állítunk be, és a csőben olyan folyadékot — hőhordozó közeget — csörgedeztetünk lefe-2193647 lé, amelynek a telített gőze a beállított túlnyomáson legalább 1000 kJ/m³ fajlagos párolgáshőt tartalmaz. Ezen intézkedés eredményeként a kőzetektől elvonható hőmennyiséget viszonylag kis gőztérfogattai, tehát kis gőzsebességgel termelhetjük ki, és nem kell elválasztócsövet beépíteni, mert arra csak nagy gőzsebességeknél van szükség. Igen előnyös, hogy a betáplált folyadék és a kitermelt közeg hőmérséklete azonos, mégpedig az adott nyomáson a közeg telítési hőmérséklete. A túlnyomás beállítása egyébként oly módon történik, hogy a kilépő gőzből előre meghatározott hőmennyiséget vesznek el; a túlnyomás ugyanis az elvett hőmennyiség függvénye. Hogy mekkora legyen az elvett (hasznosított) hő mennyisége, azt az önszabályozó üzem beállása (1. később) előtt próbával lehet meghatározni.

Egy további találmányi ismérv szerint a gőztermelő csőben olyan folyadékot csörgedeztetünk lefelé, amelynek forráspontjához az adott geotermikus hőmérsékleten — általában 50—150°C között — a kútszerkezet és a felszíni hasznosító berendezések nyomástartó képességén belül a lehető legnagyobb egyensúlyi nyomás tartozik, és amelynek a lehető legnagyobb a párolgáshője. Ebben az 'esetben viszonylag kis gőzsebességnél is nagy teljesítmény nyerhető.

Egy másik találmányi ismérv szerint mintegy 100—120°C kúthőmérsékletig hőhordozó közegként ammóniát (NH₃), és/vagy különféle freonokat (pl. R12, R22) és/vagy szénhidrogéneket (pl. C₃H₆, C₃H₈) használunk. Ha pedig a kúthőmérséklet a 120°C-t meghaladja, hőhordozó közegként a víz alkalmazása célszerű. „Kúthőmérsékleten a kút belső hőmérsékletét kell érteni, ami a kút — más szóval a gőztermelő cső — teljes hosszában gyakorlatilag konstans. A kúthőmérséklet egyrészt a kút mélységétől, másrészt attól függ, hogy a kútban mekkora nyomást állítunk be.

Az eljárás egy másik foganatosítási módja szerint a hasznosítás során keletkezett kondenzátumot zárt rendszerben juttatjuk vissza a gőztermelő csőbe, és ily módon a berendezés működését önszabályozóvá teszszük.

Egy további foganatosítási módra az jellemző, hogy — amennyiben a gőztermelő cső köpenycsövön (béléscsövön) belül távközzel helyezkedik el, és a köpenycső termálvizet tartalmazó rétegen halad át a köpenycsövet a termálvizet tartalmazó réteg tartományában megnyitjuk, a termálvizet a gőztermelő cső és a köpenycső közötti gyűrű alakú térbe, onnan pedig a felszínre vezetjük, és ily módon a gőztermelő cső — legalább felső szakaszát a termálvízzel hőszigeteljük, és a kivezetett termálvizet — adott esetben — hasznosítjuk.

Az optimális hőhasznosítás szempontjából előnyös, ha a gőztermelő csőnek legalább a gőztermelő szakaszát körülvevő kőzet hézagait, pl. üregeit, pórusait, repedéseit stb. jó hővezető képességű, utószilárduló anyaggal töltjük ki. Célszerűen a jó hővezető képességű utószilárduló anyagot hidraulikus kötőanyag (pl. cementpor); jó hővezető képességű adalékanyag (pl. grafitpor); víz, valamint — adott esetben — egyéb adaléksz^r pl. betonplasztifikátor, kötéslassító stb.) összekeverésével állítjuk elő. Előnyös továbbá, ha a kőzet jó hővezető képességű anyaggal kitöltendő tartományát robbantással vagy/és hidraulikus úton, vagy/és más módon repesztjük, és ha a jó hővezető képességű utószilárduló anyagot injektálással juttatjuk a kőzet hézagaiba. Végül az eljárás egy további foganatosítási módjára az jellemző, hogy a folyadékot £ gőztermelő cső belső felületén vagy/és a gőztermelő csőben a gőz számára a feláramlási keresztmetszetet biztosító mértékben és/vagy más módon elhelyezett — adott esetben a gőztermelő csövet belülről megtámasztó — pl. Raschig-gyűrűk vagy hasonlók által alkotott tölteten filmszerű rétegben csurgatjuk le.

A találmány szerinti berendezésnek a térszín alatt elhelyezkedő kőzetbe ágyazott gőztermelő csöve; a gőztermelő cső felső végéhez csatlakozó folyadékbetápláló szerkezete, gőzkivezető csöve; valamint a kivezetett gőz energiájának átalakítására szolgáló szerkezete van, és e berendezésnek az a lényege, hogy a folyadékbetápláló szerkezet elosztóedény tartalmaz, amelyben a folyadékot a gőztermelő cső belső felületére filmszerű rétegben juttató, gyűrű alakú bukó van, amely a gőz’ermelő cső elosztóedénybe torkolló nyílását körülveszi.

A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzok alapján ismertetjük részletesen, amelyek a berendezés előnyös kiviteli példáit tartalmazzák. A rajzokon az 1. ábrán vázlatos függőleges hosszmetszetben, erősen torzított méretarányban látható a berendedezés egy olyan kiviteli alakja, amelynél a kút a teljes hoszszában száraz kőzetbe van beágyazva;

a 2. ábrán ugyancsak vázlatos függőleges hosszmetszetben egy olyan kút egy részlete látható, amelyet egy helyen termálvíz, máshol pedig száraz kőzet vesz körül;

a 3. ábrán a berendezés egy további kiviteli alakját ugyancsak hoszmetszetben tüntettük fel.

Az 1. ábrán látható kútnak 2 gőztermelő csöve van, amely tömör falú cső, azaz a cső belső tere a 7 kőzetektől tömören el van zárva. A 2 gőztermelő cső felső végéhez az egészében 1 hivatkozási számmal jelölt elosztóedény van csatlakoztatva. Az 1 elosztóedénybe torkolló 2 gőztermelő cső 2a 3

-3193647 nyílását la gyűrű alakú bukó veszi körül, amely a v szintű folyadékot úgy vezeti a 2 gőztermelő cső belső palástfelületére, hogy a folyadék a palástfelületen filmszerűen lecsorog. A folyadék az 1b csőcsonkon át célszerűen tangenciálisan vezethető be a henger alakú 1 edénybe. A gőz kivezetésére az le csőcsonk van előirányozva.

Az 1. ábrán a £, terepszint alatt további három szintet _t^, _t_₃ és t, hivatkozási betűvel jelöltünk. AJ., és szint között van a kút I szakasza, a j₂ és t.₃ szintek között a II szakasza, a _ta és _t₄ szintek között pedig a III szakasza. A II és III szakaszt csupán az általában alkalmazott csövezési technológia alapján különítettük el egymástól. A kút teljes mélysége — vagyis az I-III szakaszok együttes hossza — általában 800—4000 méter között változik. A mindenkori geológiai adottságoktól függően a 800 m-es mélységhez általában 50—80°C, a 4000 m-es mélységhez 180—200°C hőmérséklet tartozik, és az alsó és felső határértékek között a hőmérsékletváltozás közel lineáris, illetve a geológiai viszonyoktól függ.

A 2 gőztermelő csövet az I és II szakaszban 4 béléscső veszi körül. A 2 gőztermelő cső és a 4 béléscső közötti tér 4a hővezető anyaggal van kitöltve (elsősorban a II szakaszban), amely akár szilárd, akár folyékony halmazállapotú lehet, pl. melegvíz. Ez utóbbi esetben természetesen a béléscsőnek is tömörnek, és a béléscső és gőztermelő cső közötti térnek zártnak kell lennie, hogy a vizet megtartsa. Az 1 szakaszban a 4 béléscsövet kívülről további 5 szigetelőszerkezet veszi körül, mivel itt már a kőzet, ill. talaj hőmérséklete olyan alacsony, hogy a kút működésének hatékonysága nagymértékben romlanék.

A II és III szakaszok együttesen alkotják a kút gőztermelő szakaszát, amelynek mentén a 7 kőzet kútszerkezettel határos hézagait pl. üregeket, repedéseket, pórusokat stb. a találmány értelmében jó hővezető képességű utószilárduló anyaggal töltöttük ki.

Ilyen anyag gyanánt hidraulikus kötőanyagból (pl. cementporból); vízből, jó hővezető képességű adalékanyagból (pl. grafitpor) és egyéb adalékszerekből (pl. betonplasztifikátor, kötéslassító stb.) készült folyós — injektálható, ill. szivattyúzható — keveréket használhatunk. A hidraulikus kötőanyag és a jó hővezető képességű adalékanyag szemcseméretét és sűrűségét célszerű hasonlóra választani, hogy a keverék a megszilárdulása előtt jól szivattyúzható legyen. A jó hővezető képességű adalékanyagot, pl. grafitport — a megfelelő hidraulikus tulajdonságokat nem rontó határig — lehető legnagyobb arányban kell a keverékhez adni, hogy a megszilárdulás után a hővezető anyag szemcséi minél nagyobb számban érintkezzenek egymással. Célszerű, ha a keverék szilárdanyag tartalmának mintegy 60—65%-át a jó hővezető képességű anyag alkotja. Abban az esetben, ha a jó hővezető képességet a ter4 mészetes körülmények is biztosítják (pl. nagykiterjedésű hévíztartó réteg), a 3 keverék injektálására nincs szükség. Azáltal, hogy a fent leírtak szerint a kútszerkezet külső palástját jó hővezető képességű, és megfelelő szilárdságú anyaggal vesszük körül, növeljük a hőátadó felületet, és így nagyobb kőzeitérfogat tárolt (latens) hőenergiáját tudjuk hasznosítani. A földtani sajátosságoknak megfelelően az utószilárduló keverék bejuttatása előtt — szükség szerint — adott esetben végre kell hajtani a kút környezetének a repesztését. Ez a művelet pl. hidraulikai úton, vagy robbantással, esetleg más módszerrel hajtható végre.

A 2. ábrán látható megoldást pl. abban a gyakran előforduló esetben javasoljuk alkalmazni, amikor pl. egy kb. 3000 m mély meddő olajkutat a vízkészlet-adottságok miatt viszonylag kis mélységben (800—1500 m) nyitnak meg megfelelő minőségű, pl. 50—80°C hőmérsékletű termálvíz kitermelése céljából. Ilyenkor a kút alsó — a hőtermelés szempontjából legértékesebb — szakasza kihasználatlanul marad. Ha viszont a furatban levő (pl. 09 5/8”-os) 4 béléscsövet pl. 8 perforációkkal a magasságú 7a vízadó réteg felé megnyitjuk, és a béléscsőtől hermetikusan elzárva helyezzük el abban a (pl. 0 7*os) 2 gőztermelő csövet, és ahhoz felül az 1. ábrán látható 1 elosztóedényt csatlakoztatjuk, egyrészt megoldjuk a geometrikus energia hasznosítását a furat teljes mélységében, másrészt biztosítjuk a 2 gőztermelő cső szigetelését is — magával a 10 termálvízzel — a kútszerkezet felső szakaszában. A 10 termálvíznek a 2 csőbe nyomulása irányát a 8 perforációkon keresztül az a_ nyilak jelzik. A 7 kőzet-tartományok szárazak, ezek mentén a korábban már részletezett 3 hővezető anyag-kitöltést vittük be a 4 béléscső palástja mentén húzódó zónába. A 10 termálvíz egyébként a felszínen külön hasznosítható akár energetikai, akár egyéb (pl. fürdővíz) célokra.

A találmány szerinti berendezés (1. ábra) oly módon működik, hogy az lb csőcsonkon át tar genciálisan vezetjük be az 1 elosztóedénybe a folyékony hőhordozó közeget (K nyíl), amely az la gyűrű alakú bukón át a 2 gőztermelő cső belső palástfelületére kerül, és azon vékony, filmszerű rétegben lecsorog. Uzembehelyezéskor a 2 gőztermelő csőber olyan túlnyomást állítunk be, amelyen a II, III gőztermelő szakaszban uralkodó hőmérsékleten a folyadék gőzzé alakul, felszáll a Q_ nyíl irányában, az le csőcsonkon keresztül távozik, és energiáját önmagában ismert módon hasznosítjuk, pl. villamosenergiater nelésre. A hasznosítás során kondenzátummá — folyadékká — alakult hőhordozó közeget az lb csőcsonkon át folyamatosan a; 1 elosztóedénybe vezetjük vissza, így a gőz*ermelés is folyamatossá tehető. Ha a termelt gőznek a hasznosítás során keletkezett kondenzátumát zárt rendszerben juttatjuk vissza a csőfalra, tehát a visszajuttatott

-4193647 kondehzátum mennyisége a hőelvonással, a nedvesített (tehát a gőztermelésre alkalmas) csőfal hossza pedig a kondenzátum mennyiségével arányos, a berendezés önszabályozással működik. Mivel a cső belső térfogatát folyadékoszlop nem terheli, a gőztermelés a megfelelő hőmérsékletű szint alatt mindenhol megvalósulhat.

A találmányt a továbbiakban példák kapcsán ismertetjük részletesen.

1. példa

Egy meddő olajkút mélysége 3000 m. A gőztermelő cső belső átmérője 160 mm, a geotermikus reciprokgradiens 17,5 m/°C. A kút belső hőmérséklete 90°C. Kiszámítható, hogy ebben az esetben a mélyebben fekvő kőzettartományokból .mintegy 1,0 MW teljesítményű hőáram jön létre. A gőztermelő csőben 28,11 bar túlnyomást állítunk be, és ennek megfelelő fajlagos párolgáshőjü hőhordozó közeget, nevezetesen R12 jelű freont alkalmaznak. Ennek termodinamikai tulajdonságai az adott hőmérsékleten, valamint az áramlástechnikai jellemzők a következők:

kilépő gőzhőmérséklet 90°C teljesítmény 1,0 MW telítési nyomás 28,11 bar párolgáshő 84,81 kJ/kg gőzsűrűség 177,305 kg/rn^{2 3} fajlagos párolgáshő 15037,62 kJ/m³ gőzáram 11,791 kg/s gőz-térfogatáram 0,0665 rrr/3 gőzsebesség 3,307 m/s nyomásveszteség 3,00 bar telítési hőmérséklet a legnagyobb nyomáson 95,1°C

A fenti adatokból látható, hogy a találmány szerinti módszerrel az a geometrikus energia, amely a kőzetekből egyáltalán kinyerhető, jó hatásfokkal hasznosítható. A gőzsebesség csak akkora, ami a folyadék ellentétes irányú áramlását még lehetővé teszi, és az áramlási nyomásveszteség is elhanyagolható a beállított túlnyomáshoz képest. Ugyancsak elhanyagolható a talphőmérséklet és a kilépő gőzhőmérséklet (kúthőmérséklet) közötti különbség is, ami alapvetően a jó hatásfok magyarázata. A kitermelt energiát pl. fűtésre használhatjuk.

2. példa

Az 1. példában leírttal azonos kút geotermikus energiáját hasznosítjuk azzal az eltéréssel, hogy a kúthőmérséklet 70°C. Ebben az esetben a gőztermelő csőben 33,77 bar túlnyomást állítunk be. Az ehhez legjobban megfelelő fajlagos párolgáshőjü hőhordozó közeg az ammónia (NH₃). Ennek termodinamikai tulajdonságai a megadott hőmérsékleten, továbbá az alkalmazási példára kiszámított áramlástechnikai jellemzők a következők:

kilépő gőzhőmérséklet 70°C teljesítmény 1,5 MW telítési nyomás 33,77 bar párolgáshő 938,84 kJ/kg gőzsűrűség 26,385 kg/m³ fajlagos párolgáshő 24771,19 kJ/m³ gőzáram 1,598 kg/s gőz-térfogatáram 0,0606 m³/s gőzsebesség 3,014 m/s nyomásveszteség 0,37 bar telítési hőmérséklet a max. nyomáson 70,5°C

A fenti adatokból hasonló következtetések vonhatók le, mint az 1. példánál, itt azonban a hatásfok gyakorlatilag 100%-osnak mondható, mert mindössze 0,5°C hőmérséklet különbség jelentkezik. A berendezés ebben az esetben is fűtésre, ill. melegvíz termelésre használható.

3. példa

Egy nagyobb, mintegy 5000 m mélységű kutat, nagyobb hőmérsékletű gőz termelésére, és elektromos energia előállítására kívánunk hasznosítani a találmány szerinti eljárással A kút gőztermelő csövének belső átmérője 160 mm, a geotermikus reciprokgradiens 18,0 m/C°, a talphőmérséklet pedig 288°C.

A kútban 4,46 bar túlnyomást állítunk be, és hőhordozó közegként vizet alkalmazunk, amelynek telítési gőzhőmérséklete a beállított túlnyomáson 150°C (kúthőmérséklet). Kiszámítható, hogy ebben az esetben a mélyebben fekvő kőzet-tartományokból a kútszerkezet felé mintegy 1,5 MW teljesítményű hőáram jen létre. Az áramlástechnikai jellemzők, továbbá a víz tulajdonságai a fent megadott nyomáson és hőmérsékleten a következők:

telítési nyomás párolgáshő gőzsűrűség fajlagos párolgáshő gőzé ram gőz-térfogatáram gőzsebesség nyornásveszteség telítési hőmérséklet a

4,460 bar 2114,17 kJ/kg 2,547 kg/m³5384,73 kJ/m³0,7095 kg/s 0,2786 m³/s

13,86 m/s 1,25 bar max gőznyomáson 158,3°C

A 3 ábrán látható berendezés alkalmazására akkor kerül sor, ha a kút méretei, a geott rmikus adottságok, valamint a felhasználási szempontból legelőnyösebb hőhordozó közeg kombinációja olyan áramlási viszonyokat eredményezne, amelyek esetén a felfelé áramló gőz leszakítaná a folyadékfilmet z csőfalról. Ez az eset elsősorban több kilométer mélységű és több MW teljesítményű kutaknál következhet be. Ez a berendezés az 1. íbra szerintitől abban tér el, hogy a 2 gőztermelő csövön belül egy 11 elválasztó cső keiül elhelyezésre, amely egymás felett évközökkel 13 átömlőnyílásókat tartalmaz (Egyébként a berendezésnek az 1. ábrává' kapcsolatban már ismertetett szerkezeti elemeit a már alkalmazott hivatkozási számokkal jelöltük.) A 13 átömlőnyílások csak a 11 elválasztó cső II és III szakaszba

-5193647 eső tartományában, illetve legfeljebb az I szakasz alsó részében vannak kialakítva, és a 11 elválasztócsőnek nem kell a 2 gőztermelőcső aljáig nyúlnia. A h|..Jh_n értékek kb. 10 m-es nagységrendüek, de nem szükségszerűen azonosak, tehát a 13 átömlőnyílások nem periodikusan ismétlődnek; a 13 átömlőnyílások kiosztása és mérete (területe) minden alkalmazási esetben — az adott körülmények figyelembe vételével — számítással határozandó meg. A 13 átömlőnyílások sűrűsége és átfolyási keresztmetszete mindenesetre úgy határozandó meg, hogy a 11 elválasztó cső és a 2 gőztermelő cső közötti gyűrűkeresztmetszetű 14 térben mindenütt kissé nagyobb gőznyomás uralkodjék, mint a 11 elválasztó csövön belül, ugyanakkor két-két szomszédos 13 átömlőnyílás közptt keletkező gőzmennyiség a nyomásviszonyok és az áramlási ellenállások megfelelő aránya folytán a 13 átömlő-nyílásokon keresztül túlnyomórészt a 11 elválasztó-csőbe, és csak kisebb részben a következő 14 gyűrűstér-szakaszba áramolják. A 3. ábrán egyébként jól látható, hogy a 14 tér egyöntetű £ szélességét, valamint a 11 elválasztócsőnek a 2 gőztermelő csőben a koaxiális elhelyezkedését a 12 távtartó-folyadékvisszatérítő gyűrűk biztosítják, amelyek nyílásokat tartalmaznak. A £ nyíl érzékelteti a 11 elválasztócsőből a gőz távozását, az X, nyilak a kondenz-folyadékfázis visszaáramlását a cső felső végén, az X nyilak pedig azt, hogyan juttatják vissza a 12 távtartó-folyadékvisszatérítő gyűrűk a folyadékot a 2 gőztermelő cső falára. A X távköz pl. 1—2 cm lehet.

A találmány előnye, hogy optimális hatékonysággal, szivattyúzási energia-ráfordítás nélkül teszi lehetővé a geotermikus energia kihasználását, és eddig nem — vagy nem megfelelően — kihasznált energiaforrás racionális bekapcsolását biztosítja az energiatermelésbe.

A találmány természetesen nem korlátozódik az eljárás fentiekben részletezett foganatosítási módjaira, illetve a berendezés kiviteli példáira, hanem az igénypontok által definiált oltalmi körön belül számos módon megvalósítható.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás geotermikus energia hasznosítására, amely eljárás során a térszín alatti kőzetbe mélyesztett gőztermelő csőbe folyadékot vezetünk, a geotermikus hő kihasználásával a folyadékot elgőzölögtetjük, és a gőzt — pl. villamosenergia termelésére — hasznosítjuk, azzal jellemezve, hogy a gőztermelő csőben (2) az atmoszférikust meghaladó nyomást (túlnyomást) állítunk be, és a csőben (2) olyan folyadékot — hőhordozó közeget — csörgedeztetünk lefelé, amelynek a telített gőze a beállított túlnyomáson legalább 1000 kJ/m³ fajlagos párolgáshőt tartalmaz. (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
2 Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gőztermelő csőben (2) olyan folyadékot csörgedeztetünk lefelé, amelynek a forráspontjához az adott geotermikus hőmérsékleten — általában 50—150°C között — a kútszerkezet és a felszíni hasznosító berendezések nyomástartó képességén belül a lehető legnagyobb egyensúlyi nyomás tartozik, és amelynek a lehető legnagyobb a párolgáshője. (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
3 Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mintegy 100—120°C kúthőmérsékletig hőhordozó közegként ammóniát (NH₃), vagy különféle freonokat (pl. R12, R22), és/vagy szénhidrogéneket (pl. C₃H₆, C₃H₈) használunk.

(Elsőbbsége: 1983.02.14.)
4 Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy mintegy 120°C-t meghaladó kúthőmérséklet esetén hőhordozó közegként vizet használunk.

(Elsőbbsége: 1983.02.14.)
5 Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hasznosítás során keletkezett kondenzátumot zárt rendszerben juttatjuk vissza a gőztermelő csőbe (2) (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
6 Az 1—5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy — amennyiben a gőztermelő cső (2) köpenycsövön (béléscsővön) (5) belül távközzel helyezkedik el, és a köpenycső ’(5) termálvizet (10) tartalmazó rétegen (7a) halad át —, a köpenycsövet (5) a termálvizet (10) tartalmazó réteg (7a) tartományában megnyitjuk, a termálvizet (10) a gőztermelő cső (2) és a köpenycső (5) közötti gyűrű alakú térbe, onnan pedig a felszínre vezetjük, és ily módon a gőztermeic cső (2) — legalább felső — szakaszát a termálvízzel (10) hőszigeteljük, és a kivezetelt termálvizet — adott esetben — hasznosítjuk (2. ábra). (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
7. Az 1—6. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gőztermelő csőnek (2) legalább a gőztermelő szakaszát (II, III) körülvevő kőzet (7) hézagait, pl. üregeit, pórusait, repedéseit stb. jó hővezető képességű t tószilárduló anyaggal (3) töltjük ki (1. és 2 ábra). (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a jó hővezető képességű utószilárduló anyagot (3) hidraulikus kötőanyag (pl. cementpor); jó hővezetőképességű adalékanyag (pl. grafitpor); víz, valamint — adott esetben — egyéb adalékszer (pl. betonplasztifikátor, kötéslassító stb.) összekeverésével állítjuk elő.

(Elsőbbsége: 1983.02.14.)
9. A 7. vagy 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kőzet (7) jó hővezető képességű anyaggal (3) kitöltendő tartományát robbantással vagy/és hidraulikus úton vagy/és más módon repesztjük.

(Elsőbbsége: 1983.02.14.)
10. A 7—9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a jó

-6193647 hővezető képességű utószilárduló anyagot (3) injektálással juttatjuk a kőzet (7) hézagaiba. (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
11. Az 1 —10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyadékot a gőztermelő cső (2) belső felületén vagy/és a gőztermelő csőben (2) a gőz számára a feláramlási keresztmetszetet biztosító mértékben és/vagy módon elhelyezett — adott esetben a gőztermelő csövet (2) belülről megtámasztó — például Raschig^ -gyűrűk vagy hasonlók által alkotott tölteten filmszerű rétegben csurgatjuk le. (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
12. Berendezés geotermikus energia hasznosítására, amely berendezésnek a térszin alatt elhelyezkedő kőzetbe ágyazott gőztermelő csöve; a gőztermelő cső felső végéhez csatlakozó folyadék-betápláló szerkezete, gőzkivezető csöve, valamint a kivezetett gőz energiájának átalakítására szolgáló szerkezete van, azzal jellemezve, hogy a folyadékbetápláló szerkezet elosztóedényt (1) tartalmaz, amelyben a folyadékot a gőztermelő cső (2) belső felületére filmszerű rétegben juttató, gyűrű alakú bukó (la) van, amely a gőztermelő cső (2) elosztóedénybe (l) torkolló nyílását (2a) körülveszi (1. ábra) (Elsőbbsége: 1983.02.14.)
13. \ 12. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gőztermelő csőben (2) attól oldalirányú távközzel (k) — előnyösen koncentrikusan — elválasztőcső (11) ¹θ van elhelyezve, amely magassági értelmű távközökben (h^^hn) kiosztott átömlőnyílásokat (13) tartalmaz, amelyek mérete és sűrűsége a gőztermelő cső (2) és az elválasztó cső (11) közötti térben (
14) az elválasztó
15 csőben (11) uralkodó gőznyomást meghaladó gőznyomást eredményező módon, valamint két szomszédos átömlőnyílás (13) között keletkező gőzmennyiség túlnyomó részének az ítömlőnyílásokon (13) át az elválasztó tócsőbe (11) áramlást eredményező módon van megválasztva, mimellett az elválasztó cső (Γ) és a gőztermelő cső (2) között nyílás(oka)t tartalmazó távtartó-folyadékvisszatérítő gyűrűk (12) vannak. (Elsőbbsége: 1986.05.09.)