(57)【要約】      （修正有）【課題】深成岩体から高温蒸気を抽出する方法を提供する。【解決手段】流管路１０および戻り流管路１４を介して、エネルギ交換機２を地球エネルギ交換機１８に接続する。少なくとも１本の断熱流管２０をさく井２２内で分離管２４によって包囲し、それによって循環水用の戻り流領域２８をそれに半径方向に外向きに接続する。戻り流領域２８は、戻り流管路１４に接続された少なくとも１本の戻り流管３０と、少なくともさく井２２の基部に接続されるのに加えて、分離管２４の１つまたは幾つかの貫通穴４４を介して流管２０の下部入口４６または流管２０、２０ａの下部入口４６、４６ａに接続された多孔性充填物３８とを含む。接続可能圧力媒体装置５６、および好ましくは循環水を流管２０から吐出して地球体からの蒸気の生成および輸送をトリガするための吐出し弁５６を、閉塞弁１２とエネルギ交換機１８との間で流管路１０に配置する。【選択図】図１
2010156344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に電流生成のために、地球体とエネルギ交換機（２、２ａ
）との間でエネルギを交換するための方法であって、エネルギ交換機（２、２ａ
）は循環プロセスにおいて、蒸気用の前進流管路（１０）および循環水用の戻り
流管路（１４）を介して、地球体の蒸気発生深さまで伸長する地球エネルギ交換
機（１８）に接続されている方法において、地球体での前進流および戻り流のた
めに共通さく井（２２）が利用され、そこで少なくとも１本の断熱された前進流
管（２０、２０ａ、２０ｂ）が、半径方向に外向きに相接して循環水用の戻り流
領域（２８）を有する分離管（２４）によって包囲され、戻り流領域（２８）が
、戻り流管路（１４）に接続された少なくとも１本の戻り流管（３０）と、少な
くとも下部領域に多孔性充填物（３８）とを含み、かつ、少なくともさく井（２
２）の床で分離管（２４）の１つまたはそれ以上の通路オリフィス（４４、４４
ａ）を介して前進流管（２０、２０ａ、２０ｂ）の下部入口オリフィス（４６、
４６ａ）に接続されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記循環プロセス、従ってその結果としての蒸気の発生が少
なくとも１つの循環ポンプ（９２、９４）によって始動することを特徴とする、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記循環プロセスを始動するために、蒸気が得られかつエネ
ルギ交換機（２、２ａ）で予め定められた公称値になるまで、前進流管（２０、
２０ａ、２０ｂ）に配置される水柱を圧力媒体によって押し出すことを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記圧力媒体を前進流管（２０、２０ａ）の上部領域に導入
することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記圧力媒体を戻り流管（３０）の上部領域に導入すること
を特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
予熱された圧力媒体を使用することを特徴とする、請求項１
乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
使用する前記圧力媒体が圧縮空気であることを特徴とする、
請求項３乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
使用する前記圧縮媒体が、好ましくは浸漬ヒータ（６８）に
よる前進流管（２０ｂ）中の水柱の連続蒸発によって発生する蒸気であることを
特徴とする、請求項３乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
使用する前記圧力媒体が圧力水であることを特徴とする、請
求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記循環プロセスの始動中に前記循環プロセスの前進流管
（２０、２０ａ、２０ｂ）から出現する循環水（６４）を捕集タンク（６２）に
捕集し、好ましくは処理して必要に応じて前記循環プロセスに補給するために使
用することを特徴とする、請求項３乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
１００℃未満、好ましくは２０乃至３０℃の温度を有する
循環水を戻り流管（３０）に供給することを特徴とする、請求項１乃至１０のい
かに記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１００℃、好ましくは３５０乃至３７０℃の温
度の蒸気をエネルギ交換機（２、２ａ）に供給することを特徴とする、請求項１
乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前進流領域（２０、２０ａ、２０ｂ、２４）で、例えば７
５００乃至１２０００ｍの深さで、例えば５０乃至６０バールの圧力を持つ蒸気
が形成され、それが好ましくは断熱前進流領域（２０、２０ａ、２０ｂ、２４）
を介してエネルギ（２、２ａ）に流れるように、温度および圧力を上昇させるた
めに、戻り流領域（２８）の蒸気の上に位置する水柱を押し下げることで、発生
する蒸気圧を補償することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の
方法。
【請求項１４】
エネルギ交換機（２、２ａ）が前進流管路（１０）および
循環水用の戻り流管路（１４）を介して、さく井（２２）内に少なくとも１本の
断熱前進流管（２０、２０ａ、２０ｂ）を有する地球エネルギ交換機（１８）に
接続され、前進流管（２０、２０ａ、２０ｂ）がさく井（２２）内で、半径方向
に外向きに相接して循環水用の戻り流領域（２８）を有する分離管（２４）によ
って包囲され、戻り流領域（２８）が、戻り流管路（１４）に接続された少なく
とも１本の戻り流管（３０）と、少なくとも下部領域に多孔性充填物（３８）と
を含み、かつ、少なくともさく井（２２）の床で分離管（２４）の１つまたはそ
れ以上の通路オリフィス（４４、４４ａ）を介して前進流管（２０、２０ａ、２
０ｂ）の下部入口オリフィス（４６、４６ａ）に接続されることを特徴とする、
請求項１乃至１３のいずれかいずれかに記載の方法を実行するためのシステム。
【請求項１５】
戻り流管路（１４）および／または前進流管路（１０）に
循環ポンプ（９２、９４）を配設することを特徴とする、請求項１４に記載のシ
ステム。
【請求項１６】
前進流管路（１０）および戻り流管路（１４）の各々に調
整可能遮断弁（１２、１６）を設け、循環水を前進流管（２０、２０ａ、２０ｂ
）から排出しかつしたがって蒸気発生および蒸気輸送をトリガするための接続可
能装置（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を、遮断弁（１２）と地球エネルギ交換機（
１８）との間の前進流管路（１０）または遮断弁（１６）と地球エネルギ交換機
（１８）との間の戻り流管路（１４）のいずれかに接続することを特徴とする、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
圧力媒体装置を圧力ポンプ（５０ａ、５０ｂ）として設計
することを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
圧力媒体装置を、前進流管路内に下降させることができる
浸漬ヒータ（５０ｃ）として設計することを特徴とする、請求項１６に記載のシ
ステム。
【請求項１９】
循環水を前進流管（２０、２０ａ、２０ｂ）から吐き出す
ための手段が地表面（３４）より上に存在することを特徴とする、請求項１４乃
至１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記吐出し手段が、地球エネルギ交換機（１８）と遮断弁
（１６）との間の戻り流管路（１４）に配設された吐出し弁（５６ｂ）を有する
ことを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記吐出し手段が、地球エネルギ交換機（１８）と遮断弁
（１６）との間の前進流管（１４）に配設された吐出し弁（５６ｂ）を有するこ
とを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記吐出し手段が、戻り流管路（１４）に接続された供給
管路（４１）を含むことが好ましい捕集タンク（６２）を有することを特徴とす
る、請求項１９乃至２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
水用の供給管路（４１）が遮断弁（４３）を介して戻り流
管路（１４）に配設されることを特徴とする、請求項１４乃至２２のいずれかに
記載のシステム。
【請求項２４】
地球側で第１前進流管（２０）と連通し、かつ地表面（３
４）で遮断弁（４８）を介して第１前進流管（２０）に接続され、かつ圧力媒体
装置（５０）によって第２前進流管（２０ａ）を通して第１前進流管（２０）を
介して排出させることのできる循環水の吐出し用の吐出し弁（５６）を有する、
少なくとも１つのさらなる前進流管（２０ａ）を、分離管（２４）の中に配設し
たことを特徴とする、請求項１４乃至２３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
前進流管（２０、２０ａ、２０ｂ）と分離管（２４）との
間の領域に断熱材（４２）を充填することを特徴とする、請求項１４乃至２４の
いずれかに記載のシステム。
【請求項２６】
分離管（２４）の周りに配分された少なくとも２本、好ま
しくは複数の戻り流管（３０）を、分離管（２４）とさく井壁（２６）との間の
環状領域（６０）に配設することを特徴とする、請求項１４乃至２５のいずれか
に記載のシステム。
【請求項２７】
戻り流管（３０）を受容するさく井領域が、上部領域（３
２）、好ましくは地表面（３４）から１０００乃至２５００ｍを密閉するように
設計され、かつ下部領域にはさく井床（３６）まで多孔性充填材（３８）を設け
、戻り流管（３０）の壁には多孔性充填材（３８）の領域に通路オリフィス（４
０）を設けることを特徴とする、請求項１４乃至２６のいずれかに記載のシステ
ム。
【請求項２８】
前進流管（２０、２０ａ、２０ｂ）がさく井床（３６）よ
り好ましくは４００ｍ上で終端し、分離管（２４）のこの領域に通路オリフィス
（４４）を設けることを特徴とする、請求項１４乃至２７のいずれかに記載のシ
ステム。
【請求項２９】
さく井（２２）が２５００乃至１２０００ｍの深さＴを有
することを特徴とする、請求項１４乃至２８のいずれかに記載のシステム。
【請求項３０】
さく井（２２）が、分離管（２４）の通路オリフィス（４
４、４４ａ）の領域で再びさく井（２２）に合流することが好ましい少なくとも
１つの側方偏向穴（５８、５８ａ、５８ｂ）を有することを特徴とする、請求項
１４乃至２９のいずれかに記載のシステム。
【請求項３１】
偏向穴（５８ａ）が本質的にさく井（２２）の方向に走る
ことを特徴とする、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
偏向穴（５８ｂ）が本質的にさく井（２２）に対して半径
方向に走ることを特徴とする、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
エネルギ交換機（２）が、電流発生機（６）に接続された
好ましくは多段タービン（４）を有し、タービン（４）の後に好ましくはさらな
るエネルギ消費装置（８）が続くことを特徴とする、請求項１４乃至３２のいず
れかに記載のシステム。
【請求項３４】
エネルギ交換機（２ａ）が地球の循環プロセスを、好まし
くは多段タービンと電流発生機を含む第２循環プロセス（９６）に接続すること
を特徴とする、請求項１４乃至３２のいずれかに記載のシステム。
【請求項３５】
タービン（４）がＯＲＣプロセスに従って作動するように
設計することを特徴とする、請求項３３乃至３４のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による方法、および請求項１４の上位概念によ
る方法を実行するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地殻の温度は深さの増加と共に上昇するので、例えば２０００ｍからの深さを
持つ充分に深い穴により熱蒸気を発生して、それによって例えば地熱発電所また
は遠隔加熱システムを稼働することができる。この方法はかなりの経済的な利益
になる。高温乾燥岩体法として公知のもの（例えば、ブロックハウス百科事典第
８巻、第１９版、Ｆ．Ａ．ブロックハウスＧｍｂＨ、マンハイム、１９８９年、
ｐ３３７〜３３８参照）では、充分な深さの２本の穴を相互に離して掘り下げ、
一方の穴から人工的に広げたクレバス内に水を押し込み、過熱水または蒸気とし
て他方の穴から再び地表にポンプで汲み上げるということで、高温乾燥岩体から
の深成熱が利用される。乾燥蒸気原理による地熱発電所は運転が最も簡単であり
、そこでは過熱蒸気を発電器の駆動用のタービン翼に直接送り出すことができる
。高温乾燥岩体法の実質的な欠点は、２つの別個のさく井の必要性、深成岩体の
クレバスを人工的に広げること、および充分に高温の岩体地帯が必要であること
である。
【０００３】
最初に示した方法より浅い深さから地球エネルギを抽出するためのシステムも
同様に、多くの形態が公知である。そのようなシステムは、例えば、循環水がエ
ネルギ交換機の戻り流管路から多孔性充填物を通してさく井の底まで流れ、同時
に過熱され、ポンプによって前進流管路を介して再びエネルギ交換機に導かれる
ということで、１００乃至２０００ｍおよびそれ以上の深さの地球エネルギを利
用する。しかし、このタイプのシステムによって高温蒸気を抽出することはでき
ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、最初に示した方法の欠点を回避した、深成岩体から高温蒸気
を抽出するための方法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、
ａ）請求項１に記載する方法、および
ｂ）請求項１４に記載するシステム
によって達成される。
【０００６】
戻り流管および分離管は、そこに形成される前進流管と共に、単一さく井に収
容されるので、高温乾燥岩体法に比較して、実行しなければならない掘削作業は
約半分に低減する。前進流領域および戻り流領域は、分離管の１つまたはそれ以
上の通路オリフィスを介してさく井の下部領域で相互に接続され、最終的に、戻
り流の下部領域は多孔性充填物を含むので、事実上周囲の水が侵入せず、かつ循
環して運ばれる特定の水質を本質的に管理し、その結果循環系の汚染がかなり低
減される、閉じたシステムが可能である。したがって、事実上、システムに水を
供給する必要がなく、他方、事実上、始動後に水は周囲に失われず、その結果、
環境汚染が実質的に低減される。また水を周囲から供給する必要もないので、地
球エネルギ交換機の汚染または汚泥堆積が回避される。さらに、システムの始動
後に、反復蒸発の結果、循環水の脱塩が行われ、その結果、パイプラインの腐食
損傷のリスクがかなり低減される。特定の運転時間後、さらなる浄化がより長い
時間間隔でのみ必要となるようなやり方で、循環水を浄化することができる。こ
れはさらに、コストの低減および運転の信頼性にかなり貢献する。
【０００７】
始動段階で、淡水を供給し、システムに含まれる循環水を捕集タンクで捕集し
て脱塩し、押し出すことが好都合であるかもしれない。さらなる利点は、戻り流
領域の多孔性充填物によって改善された熱交換が達成されるので、深成岩体に人
工クレバスを作成する必要がないことである。さらに別の利点は、本発明による
システムが、地質構造に関していかなる特殊要件をも満たす必要がなく、その結
果、システムの配置に関して特別な制限が無いことである。
【０００８】
当該方法の有利な改善を請求項２乃至１３に記載し、かつ、当該システムの有
利な改善を請求項１３乃至３５に記載する。
【０００９】
一般的に、当該システムを作動させる前に、地球エネルギ交換機は循環水、例
えば噴流水または地球体から侵入する水を含む。前進流管（単数または複数）で
支配的な水柱圧力は、前進流管（単数または複数）の下部領域の水柱圧力が蒸気
の圧力より高い限り、地球エネルギ交換機からの蒸気の除去を防止する。
【００１０】
請求項２では、低い圧力差でも移動状態の戻り流および前進流の水柱を設定す
るのに充分であり、その結果、前進流の循環水がますます過熱し、最終的に蒸気
生成に変化するので、少なくとも１つの循環ポンプが当該方法を始動するのに役
立つ。
【００１１】
請求項３乃至９では、当該方法または当該システムを始動するために、前進流
管（単数または複数）の水柱が接続可能な圧力媒体装置によって押し出される。
それによりさく井の下部領域で開始する蒸気の発生が循環プロセスを駆動し、循
環水がエネルギ交換機から戻り流管路および戻り流管路（単数または複数）を介
してさく井の下部領域内に流れ、それにより、発生した蒸気は前進流管（単数ま
たは複数）および前進流管路を介してエネルギ交換機に進み、そこで、放出され
るエネルギにより、循環水に戻る。
【００１２】
始動中に導入される圧力媒体は、請求項４に従って前進流管の上部領域に、あ
るいは請求項５に従って戻り流管の上部領域に導入される。システムの始動を加
速するために、圧力媒体は請求項６に従って予熱して導入すれば有利である。使
用する圧力媒体は、請求項７に従って圧縮空気とすることができる。また、請求
項８に従って、前進流管内に下降される浸漬電熱器によって得ることが好ましい
蒸気を圧力媒体として使用することも有利である。請求項９に従って、水を圧力
媒体として使用することは特に有利である。
【００１３】
原則的に、システムの始動中に、地球エネルギ交換機から押し出される循環水
は、適切な通路オリフィスによって地球体に供給することができる。これに関連
付けられる地質学的および生態学的欠点は、請求項１０による改善によって回避
することができる。特に、排出された循環水は捕集し、浄化し、脱塩し、かつ、
希望するならば、さらに使用することができる。
【００１４】
請求項１１に従って、１００℃より低く、好ましくは２０℃乃至３０℃の還流
循環水の温度で作業を実行すれば、良好な方法条件が得られる。請求項１２に従
って、エネルギ交換機への蒸気の前進流温度は少なくとも１００℃、好ましくは
３５０℃乃至３７０℃とすべきである。さらなる有利な条件が、請求項１３に記
載されている。
【００１５】
請求項１５に従って、システムは、特にシステムを始動するためだけでなく、
作動支援のためにも役立つことができる循環ポンプを、戻り流管路および／また
は前進流管路に含むことができる。
【００１６】
請求項１６による改善では、圧力媒体によってシステムを始動することも有利
である。請求項１７に従って、圧力媒体を生成するためのシステムを圧力ポンプ
として設計することができる。請求項１８による改善は特に有利であり、使用す
る圧力媒体装置は、前進流管内に下降させることによって循環水を蒸発させ、し
たがって圧力媒体を発生させる浸漬ヒータである。
【００１７】
請求項１９によると、当該方法または当該システムの始動中に前進流管から追
い出される循環水は、地表より上にある適切な手段によって排出される。請求項
２０および２１は、適切な排出手段を記載する。すでに上述した通り、請求項２
２によると、特定の好適な解決策は、汚染物質を除去するために、追い出される
循環水を捕集タンクに捕集することであり、こうして環境またはシステムを保護
する解決策を導く。捕集され浄化された循環水は、請求項２３に従って再びシス
テムに供給することができる。
【００１８】
請求項２４による改善は、システムを始動するのに特に有利である。戻り流お
よび前進流管路の遮断弁、ならびに第１前進流管と残りの前進流管との間の遮断
弁を閉じた後、第１前進流管に接続される圧力媒体装置によって、循環水は最初
に前記前進流管内で押し下げられ、対応する水量が吐出し弁を介して残りの前進
流管から管系の外に押し出される。この第１前進流管がこのやり方で排水された
後、加えられたガス圧が残りの前進流管の排水も引き起こす。その後、圧力媒体
装置が切り離され、蒸気力によって駆動される循環プロセスは、吐出し弁を閉じ
、戻り流および前進流管路の遮断弁、ならびに第１前進流管と残りの前進流管と
の間の遮断弁を開くことによって始動する。
【００１９】
請求項２５による改善は前進流管内の熱損失を低減し、したがってシステムの
効率を高めることができる。
【００２０】
原則的に、戻り流領域には１本の戻り流管だけを配設することが考えられる。
しかし、請求項２６による設計によって、さく井の全領域が均等にカバーされ、
エネルギ抽出のために利用することができるので、実質的により優れた結果を達
成することができる。前進流および／または戻り流に複数の管を配設する利点は
、個々の管の接続および切り離しに応じて、システムを複数の速度で作動させる
ことができることである。
【００２１】
効率のさらなる改良は、地温が循環水の温度より低いさく井の上部では、循環
水と地球体との間の熱交換が防止されるが、地温が循環水の温度より高いさく井
の下部では、増大する熱交換が達成される、請求項２７による改善によって達成
される。さらに、その結果、上部地層からさく井内への汚染水の侵入が防止され
る。
【００２２】
請求項２８によるシステムの改善は、分離管の下部領域に通路オリフィスが存
在するため低減された流動抵抗が達成されるので、かつ前記領域では前進流管が
形成されないので、特に有利である。
【００２３】
必要なさく井の深さは、地殻の温度分布に依存する。顕著な地熱異常が無い領
域では、請求項２９による例えば２５００乃至１２０００ｍのさく井の深さが好
都合である。しかし、もっと深い深さが可能である。
【００２４】
循環水と地球体との間の熱交換のさらなる改善は、請求項３０による改善で側
方偏向穴を形成することによって達成される。そのような偏向穴はブラインドボ
ア(blind bore)とすることができるが、再びさく井で終端する連続穴はより有利
である。その結果、熱伝達面、したがって地球エネルギ交換機の性能が実質的に
増大することができる。そのような偏向穴が請求項３１に従って本質的にさく井
の方向に走る場合、それらは作成するのがより簡単である。請求項３２に従って
さく井の中心線に直角な構成では、偏向穴はより高温のゾーンに配置され、した
がってより小さい伝達面でより高い蒸気エネルギを持つことが可能になる。
【００２５】
発生する蒸気を供給されるエネルギ交換機は、請求項３３に従って直接エネル
ギ消費装置とすることができ、あるいは請求項３４に従ってさらなる回路を加熱
する熱交換器とすることもできる。後者は、閉じた循環プロセスを持つことを可
能にし、そこでは特に圧力破壊およびしたがって循環水中の無機物の沈殿が起こ
らず、その結果システムの汚泥堆積を防止することができる。それにより電流が
生成される改善は特に有利である。そのようなシステムは、追加的に暖房用の熱
が生成されるならば、さらに改善することができ、その結果、還流循環水の温度
がさらに低下し、システムの効率が増加する。請求項３５に従って、電流発生機
を駆動するために働くタービンは、ＯＲＣプロセスすなわち有機ランキンサイク
ルによって作動することが好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】システムの縦断面の線図。
【図２】図１の横断面ＩＩ−ＩＩにおけるシステムの管系をより大きい尺度で示す線図。
【図３】図１の横断面ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるシステムの管系をより大きい尺度で示す線図。
【図４】変形システムの縦断面の線図。
【図５】図４のシステムの変形管路系の縦断面の線図。
【図６】循環水用の捕集タンクの縦断面の線図。
【図７】圧力媒体装置の縦断面の線図。
【図８】循環ポンプを持つシステムの縦断面の線図。
【図９】半径方向に走る偏向穴を持つ地熱交換機の縦断面の詳細図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下で、図面を参照しながら、本発明の実施例をさらに詳しく説明する。
【００２８】
発明を実現する方法
図１は、例えばエネルギ交換機２に供給するために地球エネルギを利用するた
めのシステムを示す。エネルギ交換機２は、好ましくは電流発生機６を駆動する
多段タービン４、およびタービン４の吐出し管路に接続され、かつ例えば暖房用
熱ネットワークを構成することのできるエネルギ消費装置８から成る。エネルギ
交換機２は、調整可能遮断弁１２を持つ前進流管路１０を介し、かつ調整可能遮
断弁１６を持つ戻り流管路１４を介して、少なくとも２つの断熱前進流管２０お
よび２０ａをさく井２２内に含む地球エネルギ交換機１８に接続される。前進流
管２０および２０ａは分離管２４によって取り囲まれ、分離管２４は、それに相
接して、さく井壁２６まで半径方向に外側に戻り流領域２８を有し、そこに戻り
流管３０が配置される。戻り流管３０を受容するさく井領域は、上部領域３２で
は、地表面３４から好ましくは２０００乃至２５００ｍ下の距離Ｔ１まで密閉し
、下部領域にはさく井の床３６まで、多孔性充填物３８、例えば円礫が設けられ
る。戻り流管３０から多孔性充填物内に水および／または蒸気が発生し、さらに
加熱され、戻り流管３０に還流させることができるので、戻り流管３０の壁には
、多孔性充填物３８の領域に、改善された熱交換のための通路オリフィス４０が
ある。遮断弁４３を持つ供給管路４１は、例えば循環水の漏水または蒸発が発生
した場合に、必要に応じて循環プロセスに水を追加するために、戻り流管路１４
に接続される。
【００２９】
システムの効率を高めるために、前進流管２０または２０ａと分離管２４との
間の領域には断熱材４２が充填される。前進流管２０および２０ａはさく井床３
６より好ましくは４００ｍ上の距離Ｔ３で終端し、分離管２４はそれより下の領
域に通路オリフィス４４を備える。前進流管２０および２０ａは、それらの下部
入口オリフィス４６および４６ａの領域で相互に連通する。
【００３０】
地表３４で、第１前進流管２０は前進流管路１０に接続される。第２前進流管
２０ａは調整可能遮断弁４８を介して前進流管路１０に接続される。接続可能圧
力媒体装置５０はここでは圧力ポンプ設備として設計され、少なくとも１つの圧
力ポンプ５２および調整可能接続弁５４から構成される。この圧力ポンプ設備は
、第１前進流管２０と遮断弁１２との間の領域で前進流管路１０に接続される。
圧力ポンプ５２は、好ましくは熱水用の水圧ポンプとして設計され、適切な場合
は圧縮空気用の圧縮機として設計される。吐出し弁５６を有する吐出し管路５５
は、前進流管路１０の第２前進流管２０ａと遮断弁４８との間の領域に配置され
る。
【００３１】
図１によるシステムを作動させる前に、地球エネルギ交換機１８は一般的に循
環水を含む。さく井２２の下部領域における戻り流管３０と前進流管２０および
２０ａとの間の接続の結果、前進流管２０および２０ａ内の水位は、戻り流管３
０内の水位と本質的に同一高さになる。前進流管２０および２０ａおよび戻り流
管３０に存在する水柱は、高温蒸気の抽出を防止する。図１によるシステムを始
動するために、前進流管２０および２０ａ間の遮断弁４８および前進流管路１０
および戻り流管路１４の遮断弁１２および１６が閉じている間に、接続弁５４を
開く結果、接続可能圧力ポンプ設備５０が第１前進流管２０に接続される。古い
循環水はそれによって、開いた吐出し弁５６を介して第２前進流管２０ａを通し
て前進流管２０から吐き出される。古い循環水の熱水による置換が行われた後、
または圧縮空気による前進流管２０および２０ａの排水後に、地球エネルギ交換
機１８で蒸気の生成が始まる。接続弁５４を閉じる結果、圧力ポンプ設備５０は
前進流から分離され、遮断弁４８が開き、吐出し弁５６が閉じる。戻り流管路１
４の遮断弁１６が開くことによって、遮断弁１２が開いた後で前進流管路１０を
通して地球エネルギ交換機１８から吐き出される蒸気と同じ量の循環水が、地球
エネルギ交換機１８に供給される。したがって、蒸気力によって駆動される循環
プロセスが始動する。前進流管路１０の蒸気の温度、圧力および／または量は、
調整可能遮断弁１２によって調整することが有利である。大量の蒸気が抽出され
ると、蒸気の温度は降下し、逆に、少量の蒸気が抽出されると、蒸気の温度は上
昇する。
【００３２】
熱交換を改善するために、さく井２２は、地表から例えば少なくとも５００ｍ
とすることのできる距離Ｔ１より下の領域に、図示するように、ブラインドボア
として設計され、あるいは破線および点線で示すように、好ましくは通路穴５８
ａとして設計される側方偏向穴５８を設けることができる。それらは同様に、適
切ならば壁に穴５９ａを持つ管５９を含み、多孔性充填物３８ａを備えている。
そのような偏向穴５８ａは、地表から５００乃至４０００ｍの位置から始まり、
２５００乃至１２０００ｍの位置で再びさく井２２に合流し、熱伝達面を増大す
るのに役立つ。そのような偏向穴は１本だけ存在することができるが、さく井の
周囲に配分されるように配設された複数の偏向穴が存在することが好都合である
。
【００３３】
図２は、地表３４から例えば１０００乃至１２０００ｍの深さでの図１の水平
断面ＩＩ−ＩＩにおける図１によるシステムの線図を示す。さく井は例えば１５
０乃至５００ｍｍの直径Ｄを有する。前進流管２０と２０ａとの間の分離管２４
内の領域には、断熱材４２が充填される。さく井２２の分離管２４とさく井壁２
６との間の環状領域６０には、周囲全体に配分された例えば４つの戻り流管３０
が配設される。環状領域６０の戻り流管３０間のキャビティには、多孔性充填物
３８が充填される。戻り流管３０の壁には通路オリフィス４０が設けられる。
【００３４】
図３は、さく井床３６から例えば最高４００ｍまでの深さ領域Ｔ３の図１の水
平断面ＩＩＩ−ＩＩＩにおける図１によるシステムの線図を示す。分離管２４に
は通路オリフィス４４が設けられ、前進流管および断熱材は無く、蒸気の捕集空
間として役立つ。
【００３５】
システムの始動、すなわち蒸気の生成は、約１００℃より上の温度で始まる。
エネルギ交換機２の動作温度は１００℃より高く、前進流管路１０で好ましくは
３５０乃至３７０℃である。エネルギ交換機２の多段蒸気タービン４で、蒸気は
１００℃未満に冷却され、凝縮して循環水を形成し、これはエネルギ消費装置８
、例えば熱交換器に供給される。熱交換器では、消費回路の前進流８ａが約９０
℃に加熱され、熱の排出後、約２０℃で戻り流８ｂとして熱交換器に還流する。
この結果、循環水は熱交換器８およびしたがってエネルギ交換機２を約２５乃至
３０℃の温度で離れ、戻り流管路１４を介して戻り流管３０に供給される。
【００３６】
図４は図１によるシステムを示すが、前進流管２０が１本しか形成されていな
い。戻り流領域２８は、さく井２２の下部領域で、分離管２４の１つまたはそれ
以上の通路オリフィス４４ａを介して、前進流管２０の下部入口オリフィス４６
のに接続される。代替的に、さく井２２の下部領域全体が、図１および３に示す
ように設計される。戻り流管３０は、地球エネルギ交換機１８と遮断弁１６の間
の領域に好ましくは吐出し管路５５への吐出し弁３６ａを備えた戻り流管路１４
に結合される。さらに、淡水または再循環水を供給するための遮断弁４３付き供
給管路４１は、戻り流管路１４に接続される。再び少なくとも１つの圧力ポンプ
５２ａおよび接続弁５４ａから構成される圧力ポンプ設備として設計される接続
可能圧力媒体装置５０ａは、地球エネルギ交換機１８と遮断弁１２との間の領域
で前進流管路１０に接続される。
【００３７】
図４に示すシステムを始動するために、前進流管路１０の遮断弁１２を閉じ、
かつ戻り流管路１４の遮断弁１６を閉じた状態で、圧力ポンプ設備５０ａは接続
弁５４ａを開くことによって接続される。前進流管２０の循環水は押し下げられ
、地表３４より上の吐出し弁５６ａを介して戻り流管３０から排出される。前進
流管２０の排水および熱水の充填が行われた後で、蒸気の生成が地球エネルギ交
換機１８で始まる。圧力ポンプ設備５０ａは、接続弁５４ａを閉じることによっ
て前進流管路１０から分離され、吐出し弁５６ａが閉じられる。戻り流管路１４
の遮断弁１６および前進流管路１０の遮断弁１２を開くことにより、循環プロセ
スが蒸気力によって始動する。
【００３８】
図５は、図４のシステムの地上管路系を示すが、接続可能圧力媒体装置５０ｂ
は図１および３のように前進流管路１０には接続されず、地球エネルギ交換機１
８と遮断弁１６との間の領域で戻り流管路１４に接続されている。吐出し弁５６
ｂを持つ吐出し管路５５は、地球エネルギ交換機１８と遮断弁１２との間で領域
の前進流管路１０に接続されている。この場合、システムを始動するために、前
進流管路１０および戻り流管路１４の遮断弁１２、１６を閉じた状態で、少なく
とも１つの戻り流管３０および前進流管２０は、接続弁５４ｂを開けて、圧力ポ
ンプ設備５０ｂによって熱水を排水または充填され、循環水は開けた吐出し弁５
６ｂおよび吐出し管路５５を介して流出する。作動が終了するやいなや、吐出し
弁５６ｂおよび接続弁５４ｂは閉じなければならない。前進流管路１０の遮断弁
２を開くことによって、発生した蒸気をエネルギ交換機２に伝導することができ
る。蒸気の発生に必要な循環水は遮断弁１６を開くことによって、適切な場合は
圧力ポンプ（図示せず）を一時的に介在させて、戻り流管路１４および戻り流管
３０を介して、および／またはさく井の下部領域の地球体から、および／または
遮断弁４３を介して戻り流管路１４に接続された供給管路４１を介して利用可能
になる。
【００３９】
そのようなシステムでは、システムの始動中に吐出し弁５６、５６ａ、５６ｂ
および吐出し管路５５を介して地球エネルギ交換機１８から押し出される循環水
は、周囲に排出せず、図６の実施例にしたがって、捕集タンク６２に捕集するこ
とが好ましい。そこで、循環水６４は浄化し、例えば汚泥６６を除去し、脱塩し
、必要ならば、供給管路４１および遮断弁４３を介して循環プロセスに再度供給
することができる。捕集タンク６２はまた、一般的に、測定の結果、循環水が循
環プロセスに対して激しく汚染されすぎていることが示された場合、循環水の浄
化、脱塩等のような処理のためにも役立つことができる。押し出されるせいぜい
不純な循環水による環境汚染はそれにより回避される。押し出される循環水の浄
化、および必要ならば処理のおかげで、最適に調整された水を循環プロセスに供
給することができ、その結果、一方ではシステム自体が損傷、特に腐食から守ら
れ、他方では、地球エネルギ交換機１８の周囲の地球体が不純物によって生じる
損傷から保護される。
【００４０】
図７は、図１乃至４の実施例の圧力ポンプ設備の圧縮空気または圧力水などの
圧力媒体の代わりに、前進流管２３内の循環水６４を蒸発させ、循環水６４を前
進流管２０ｂから追い出すための圧力媒体として蒸気を使用する、圧力媒体装置
５０ｃのさらなる実施例を示す。該圧力媒体装置は、前進流管２０ｂの循環水６
４中に浸漬され、側方案内要素７０によって前進流管内を案内されてその中心に
配置される浸漬ヒータ６８を含む。浸漬ヒータ６８は、前進流管２０ｂの閉じ蓋
７６にある圧力ロック７４を通して外側に、かつ偏向ローラ７８を介してウィン
チ８０に導かれる。同様に、浸漬ヒータ６８の給電線８２は圧力ロック７４を通
して外側に、かつ偏向ローラ８４を介してウィンチ８６に導かれる。２つのウィ
ンチ８０、８６は、共通駆動モータ８８および共通伝動装置９０によって反対方
向に駆動される。浸漬ヒータ６８は、蒸気の発生が地球エネルギ交換機で始まり
、循環プロセスが始動するまで、循環水の漸進的蒸発および漸進的変位に従って
、ウィンチ８０、８６によってシステムの水位に従動することができる。次いで
、浸漬ヒータ６８はウィンチ８０、８６によって初期位置に戻すことができる。
【００４１】
図８は、図５のシステムの地上管路系を示すが、図５の接続可能圧力媒体装置
５０ｂの代わりに、循環ポンプ９２および９４がそれぞれ戻り流管路１４および
必要ならば前進流管路１０に配設される。吐出し弁５６ｂを持つ吐出し管路５５
は再び、前進流管路１０に、特に循環ポンプ９４の下流に接続される。さらに、
遮断弁４３を持つ供給管路４１が再び戻り流管路１４に接続される。エネルギ交
換機２ａは、タービン（例えば電流発生機用）、暖房設備、および類似物などの
１つまたはそれ以上のエネルギ消費装置に通じる前進流９６ａおよび戻り流９６
ｂを持つ第２回路９６にシステムを接続する閉鎖系である。この場合、前進流管
路１０および戻り流管路１４の遮断弁１２、１６は省くことができる。システム
を始動するために、循環ポンプ９２、９４が電源を投入され、部分分量の循環水
の吐出し管路５５からの放出中、およびこれに関連付けられる圧力破壊中に、回
路内に蒸気が発生し、循環が自動的になって循環ポンプ９２、９４の電源を切断
することができるように循環水が加熱されるまで、循環水はシステムを循環する
。
【００４２】
図９は、図１の例と同様のさく井２２の最下領域を示すが、側方偏向穴５８ｂ
は、さく井２２の方向ではなく、本質的にそれに対して半径方向に走っている。
偏向穴５８ｂはさく井床３６より上でさく井２２から半径方向に出現し、ループ
９８を形成し、さく井床３６付近でさく井２２に再合流する。偏向穴５８ｂは再
び、穴５９ａを有する管５９と整列し、多孔性充填物３８ａが設けられる。この
構成により、高温を有する地球の深さで大きい熱交換面が達成される。
【符号の説明】
【００４３】
２      エネルギ交換機
４      多段蒸気タービン
６      電流発生機
８      エネルギ消費装置
８ａ    前進流
８ｂ    戻り流
１０    前進流管路
１２    調整可能遮断弁
１４    戻り流管路
１６    調整可能遮断弁
１８    地球エネルギ交換機
２０、２０ａ、２０ｂ    前進流管
２２    さく井
２４    分離管
２６    さく井壁
２８    戻り流領域
３０    戻り流管
３２    密閉領域シーリング領域
３４    地表面
３６    さく井床
３８、３８ａ    多孔性充填物
４０    戻り流管の通路オリフィス
４１    供給管路
４２    絶縁材
４３    遮断弁
４４、４４ａ    分離管路の通路オリフィス
４６、４６ａ    前進流管の下部入口オリフィス
４８    遮断弁
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ    接続可能圧力媒体装置（圧力ポンプ）
５２、５２ａ、５２ｂ    圧力ポンプ
５４、５４ａ、５４ｂ    調整可能接続弁
５５    吐出し管路
５６、５６ａ、５６ｂ    吐出し弁
５８    側方偏向穴
５８ａ  側方偏向穴
５８ｂ  側方偏向穴
５９    管
５９ａ  穴
６０    環状領域
６２    捕集タンク
６４    循環水
６６    汚泥
６８    浸漬ヒータ
７０    案内要素
７２    鋼索
７４    圧力ロック
７６    閉じ蓋
７８    偏向ローラ
８０    ウィンチ
８２    電気供給ライン
８４    偏向ローラ
８６    ウィンチ
８８    駆動モータ
９０    伝動装置
９２    循環ポンプ
９４    循環ポンプ
９６    第２回路
９６ａ  前進流
９６ｂ  戻り流
９８    ループ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010156344.tif 000008
【図７】
2010156344.tif 000009
【図８】
2010156344.tif 000010
【図９】
2010156344.tif 000011