Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gewin nung von Nutzenergie aus Erdwärme.

Die Nutzung von Erdwärme zur Energiegewinnung ist seit langem bekannt. So wurde das erste für die Gewinnung von elektrischer Energie genutzte Geother miekraftwerk schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Betrieb genommen. Auch aktuell gibt es, nicht zuletzt vor dem Hintergrund einer Suche nach klimaneutra len und CCh-emissionsfreien Formen der Energiegewinnung, Bestrebungen, Erd wärme in geothermischen Anwendungen für die Energiegewinnung besser und umfangreicher nutzbar zu machen.

Insbesondere gibt es geothermische Einrichtungen und Verfahren zur Wärme- und/oder Elektroenergieerzeugung mittels Oberflächengeothermie (in Tiefen bis 400m) oder Tiefengeothermie (in Tiefen von mehr als 400m) . Bei den bekannten Verfahren wird Wasser bis in große Tiefen geothermisch erwärmt. Das erwärmte Wasser, auch Thermalwasser genannt, wird zur Erdoberfläche transportiert und die von dem Wasser aufgenommene Erdwärme sodann für die Gewinnung von Nutzenergie verwertet.

Bei der Tiefengeothermie unterscheidet man zwischen hydrothermalen und pet- rothermalen Systemen. Bei den hydrothermalen Systemen wird in tief gelegenen Schichten gespeichertes Wasser angezapft und an die Oberfläche gefördert und wird dessen gespeicherte Wärme zur Energiegewinnung genutzt. Bei den pet- rothermalen Systemen wird in Tiefengestein gespeicherte Erdwärme mit dorthin gefördertem und mit dem Tiefengestein in Wärmeaustauch gebrachten Wasser aufgenommen und das so erwärmte Wasser an die Oberfläche gefördert für die Energiegewinnung dort. Bei den hydrothermalen Systemen werden also offene Systeme gebildet, bei denen in der Tiefe dort befindliche Materie (Wasser) ent nommen und im Austausch in der Regel ein Ersatz von der Erdoberfläche dorthin geleitet und abgelagert wird. Es kann auch das in der Tiefe entnommene Wasser rückgeführt werden. Es besteht hierbei also insbesondere das Risiko eines Eintra ges von Kontaminationen in das Tiefenwasser. Petrothermale Systeme können auch mit Erdwärmesonden realisiert werden, in denen das Wasser in einem ge schlossenen Kreislauf geführt wird, die im Tiefengestein gespeicherte Erdwärme durch eine Wand der Erdwärmesonde hindurch aufnehmen.

Neben dem Problem, dass bei hydrothermalen Systemen gegeben ist, nämlich dem möglichen Eintrag vom Verunreinigungen und Kontaminationen in das tief gelegenen Reservoir des Thermalwassers, besteht bei den bekannten Systemen weiterhin der Nachteil, dass insbesondere für die Erzeugung elektrischer Energie in der Regel nur ein geringer Wirkungsgrad erzielt werden kann. Für die Nutzung des bei den bekannten Systemen als Wärmemedium eingesetzten Wassers zum Antrieb einer elektrischen Generatormaschine muss das Wasser mit einer Tempe ratur von wenigstens 80°C an die Oberfläche gelangen. Direkt kann das Wasser für den Antrieb zum Beispiel einer Dampfturbine nur genutzt werden, wenn es an der Oberfläche dampfförmig austritt. Dies kann entweder nur mit sehr tief ge- führten Bohrungen erreicht werden (im Durchschnitt steigt die Temperatur mit 100 m Tiefe um 3°C, sodass Temperaturen von 100°C in normalen Lagen nur in sehr großen Tiefen angetroffen werden) oder mit Bohrungen im Bereich besonde rer Lagen, in denen auch schon in geringeren Tiefen besonders hohe Temperatu ren anzutreffen sind, zum Beispiel aufgrund von vulkanischen Aktivitäten oder besonderen Anomalien des Erdmagnetismus.

Hier soll mit der Erfindung Abhilfe geschaffen und ein Verfahren sowie eine Ein richtung angegeben werden, mit dem bzw. mit der auch in normalen Lagen und geringerer Bohrtiefe geothermisch elektrische Energie erzeugt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe und erreicht wird das gesteckte Ziel zunächst einmal durch ein Verfahren zur Gewinnung von Nutzenergie aus Erdwärme mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen eines erfindungsge mäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Mit der Erfindung wird weiterhin als Lösung der vorstehenden Aufgabe eine Einrichtung zur Gewin nung von Nutzenergie aus Erdwärme mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vor geschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Ansprüchen 10 bis 15 bezeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in eine Tiefbohrung ein Koaxialrohr in die Erde eingebracht und eingesetzt. Das Einbringen der Tiefbohrung und das Einsetzen des Koaxialrohrs in die Tiefbohrung können dem Verfahren zugerech nete Schritte sein. Das Verfahren kann aber auch ohne diese Schritte durchge führt werden, d. h. im Nachgang zu und losgelöst von einem gesondert vorge nommenen Einbringen der Bohrung und Einsetzen des Koaxialrohrs. Das Koaxial rohr weist ein Außenrohr und ein Innenrohr auf und ist mit einem Endabschnitt in der Tiefbohrung versenkt, reicht typischerweise mit diesem Endabschnitt bis an den Grund der Tiefbohrung. Im Bereich dieses Endabschnitts sind das Außenrohr und das Innenrohr des Koaxialrohrs mit einander strömungstechnisch verbunden, d.h. es kann dort ein in dem Außenrohr geführtes Medium in das Innenrohr über- treten. Bei der Durchführung des Verfahrens wird nun ein bei Standardbedingun gen (SATP Bedingungen) flüssiges Wärmemedium in das Außenrohr eingebracht und strömt in Richtung des in der Tiefbohrung versenkten Endabschnitts des Ko axialrohrs. Die Standardbedingungen sind von der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) bestimmt als eine Temperatur von 25 °C und zugleich einem Druck von 1000 mbar. Dieser Druck von 1000 mbar wird in dieser An meldung nachstehend auch als Normaldruck bezeichnet.

Das Wärmemedium strömt dann in Richtung des Endabschnitts des Koaxialrohrs, was insbesondere ausschließlich schwerkraftgetrieben erfolgen kann. Dabei nimmt das Wärmemedium Erdwärme auf und wird dadurch erwärmt. Eine zusätz liche Erwärmung kann dabei auch durch Reibung des an einer Wandung des Au ßenrohres entlang strömenden Wärmemediums erfolgen. Die wesentliche Wär meaufnahme wird allerdings durch die Erdwärme bewerkstelligt. In einem im letz ten Drittel des Koaxialrohrs gelegenen Abschnitt des Koaxialrohrs erfolgt dann ein Phasenübergang des Wärmemediums, welches in diesem Bereich in die Gas phase Übertritt und im Bereich des Endabschnitts gasförmig in das Innenrohr ein- tritt. In dem Innenrohr steigt das nun gasförmige Wärmemedium auf und strömt aufwärts. Das strömende, gasförmige Wärmemedium wird dann zu einem Strö mungsgenerator geführt, der angetrieben durch diesen Gasstrom zur Erzeugung elektrischer Energie betrieben wird.

Das Wärmemedium kann z.B. Wasser sein. Es kann insbesondere aber auch ein von Wasser verschiedenes Wärmemedium sein, bspw. ein solches, welches ei nen bei Normaldruck deutlich niedriger liegenden Siedepunkt als Wasser hat. Der Siedepunkt eines solchen alternativen Wärmemediums bei Normaldruck kann da bei insbesondere in einem Bereich zwischen 30 °C und 60 °C liegen.

Für das Aufsteigen des Wärmemediums in dem Innenrohr kann ein Kamineffekt genutzt werden. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass das Innenrohr im Bereich eines Austritts an oder im Bereich der Erdoberfläche eine Durchmes- sererweiterung aufweist, durch die an dieser Stelle eine Entspannung und Verrin gerung der Temperatur des ausströmenden Gases im Vergleich zu einer Tempera tur des im Bereich des Endabschnitts, insbesondere an einem unteren Ende des Innenrohrs, befindlichen gasförmigen Wärmemediums erreicht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nicht vorrangig eine in dem Wärmemedium aufgenommene und gespeicherte Wärmeenergie genutzt, sondern eine beim Aufsteigen des gasförmigen Wärmemediums in dem Innenrohr erhalte ne kinetische Energie des Gasstroms, der zum Antreiben des Strömungsgenera tors verwendet wird. Bei geeigneter Auslegung der Verfahrensparameter können hier erhebliche Strömungsgeschwindigkeiten, Geschwindigkeiten von deutlich über 200 km/h, erhalten werden, mit denen entsprechend ausgelegte, in Abmes sungen sehr klein dimensionierbare Strömungsgeneratoren angetrieben werden können. Insbesondere ist es auch möglich, den Gasstrom in verschiedene Teil ströme aufzuteilen, um damit mehr als einen Strömungsgenerator parallel zu be treiben.

Das Innenrohr kann auf seiner innenliegenden Oberfläche eine haftungsvermin dernde Struktur, z.B. in Form einer Beschichtung, aufweisen, z.B. eine den sog. Lotoseffekt aufzeigende Struktur. So wird ein Anhaften von in dem Gasstrom, der in dem Innenrohr aufsteigt, mitgeführten Partikeln oder dergleichen verhin dert, so dass das Innenrohr in seinem Durchmesser frei bleibt. Auch kann diese Beschichtung reibungsvermindernd wirken, so dass die Geschwindigkeit des im Innenrohr aufsteigenden Gases nicht verringert wird. Für eine solche Reduktion der Reibung kann das Innenrohr auch eine andere geeignete Struktur, z.B. in Form einer Beschichtung, auf der innenliegenden Oberfläche aufweisen.

Für eine weitere Nutzung der von dem strömenden gasförmigen Wärmemedium mitgeführten, insbesondere von der Erdwärme aufgenommenen, Energie kann vorgesehen sein, dass das Wärmemedium nach dem Durchströmen des Strö mungsgenerators auch noch durch einen Wärmeübertrager geführt wird, um so nutzbare Wärmeenergie zu gewinnen. Durch eine solche Kombination erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens.

Mit Vorteil kann das Wärmemedium nach dem Durchströmen des Strömungsge nerators (und nach einem eventuellen Durchströmen des Wärmeübertragers) ver flüssigt und in flüssiger Form erneut in das Außenrohr des Koaxialrohrs einge bracht werden. Bei dieser Variante wird das Verfahren mit einem in einem ge schlossenen Kreislauf geführten Wärmemedium betrieben, sodass nicht etwa ständig neues Wärmemedium zugeführt werden muss.

Mit Vorteil kann das Wärmemedium in dem Außenrohr auf einer spiralförmigen Bahn in Richtung des in der Tiefbohrung versenkten Endabschnitts geführt wer den. Dies kann zum Beispiel geschehen, indem in dem Außenrohr entsprechende Leitstrukturen vorgesehen sind, zum Beispiel in Spiralform geführte, beispielswei se an einer Außenwand des Innenrohrs montierte, zum Beispiel angeschweißte, Leitbleche. Die Führung des Wärmemediums in einer solchen Spiralform hat ver schiedene Vorteile. So wird das in seinem Fall in Richtung des Endabschnitts be schleunigte Wärmemedium durch eine spiralförmige Bahn in dem Außenrohr nach außen, in Richtung der Außenwand gedrückt, sodass es dort in besonders gutem Kontakt mit der Außenwand steht und effektiv die darüber eintretende Erdwärme aufnehmen kann. Zudem entsteht bei einer solchen Führung zwischen der Wand des Außenrohrs und dem Wärmemedium Reibung, die zu einer zusätzlichen Er wärmung des Wärmemediums führen und damit zu einem Wärmeeintrag beitra gen kann. Entsprechende Leitstrukturen, die das Außenrohr des Koaxialrohrs gleichermaßen in einzelne Höhenabschnitte unterteilen, verhindern auch, dass - jedenfalls im dynamischen Fall, in dem das Wärmemedium nicht in dem Außen rohr steht, sondern in entsprechenden Kompartimenten bzw. Abschnitten strömt, ohne dass das Außenrohr vollständig gefüllt ist - im Endabschnitt des Koaxial rohrs ein hoher Staudruck herrscht, der auch bei den durch die aufgenommene Wärme erreichten Temperaturen des Wärmemediums, die über dem Siedepunkt des Wärmemediums bei Standardbedingungen liegen, einen Phasenübergang in die Gasphase des Wärmemediums verhindern könnte.

Alternativ und ebenfalls mit Vorteil kann das Wärmemedium in dem Außenrohr aber auch in wenigstens einem Abschnitt des Außenrohrs, insbesondere in meh rere solcher Abschnitte, durch in das Außenrohr eingebrachte Barrieren, z.B. tel lerartige Barrieren, aufgestaut und über in den Barrieren enthaltene, in einen ver tikal tiefer liegenden Abschnitt des Außenrohrs führende Düsenöffnungen unter Expansion in den vertikal tiefer liegenden Abschnitt überführt werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass je nach Menge des, in das Außenrohr ein gefüllten Wärmemediums schnell, langsam oder konstant eine Wassersäule auf der z.B. tellerförmigen Barriere entsteht. Somit entsteht ein auf der Barriere in jedem Abschnitt ein statischer Druck, der über die Zugaberate des Wärmemedi ums und die Öffnungsquerschnitte der Düsenöffnungen eingestellt werden kann, z.B. auf 10 bar. Dieser statische Druck verhindert einen - für den Betrieb des Verfahrens verfrühten - Phasenübergang des Wärmemediums in diesem Ab schnitt. In einem vertikal unterhalb der Barriere gelegenen Abschnitt entsteht durch das mit Druck durch die Düsenöffnungen hindurchströmende Wärmemedi um eine Expansion (eine Entspannung), die zu einer Abkühlung des Wärmemedi ums und damit zu einer Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Wärmeme dium und Rohrwand führt. Dadurch wird auch die Rohrwand abgekühlt, wodurch wiederum die Wärmeleitfähigkeit des Gesteins erhöht wird. Dies resultiert aus dem Entropiesatz der Thermodynamik, dem zweiten Hauptsatz der Thermodyna mik. Durch die Steigerung der Wärmeleitfähigkeit des Gesteins ergibt sich auch eine Steigerung der Temperaturleitfähigkeit, was dazu führt, dass schneller Wärmeenergie aus größerer Entfernung zum Außenrohr des Koaxialrohres strömt. Das abgekühlte Wärmemedium fällt in dem vertikal unterhalb der Düsenöffnun gen gelegenen Abschnitt dann mit einer hohen Geschwindigkeit, die z.B. mindes tens 70 m/s betragen kann bis auf eine durch eine weitere mögliche Barriere auf gestaute weitere darunterliegende Säule aus Wärmemedium, die auf der mögli- chen weiteren Barriere auflastet. Das Wärmemedium kann somit, trotz einer Temperatur des Gesteins, die oberhalb des Phasenwechselpunkts bei Normal druck liegt, nicht verdampfen, weil der statische Druck der auflastenden Säule des Wärmemediums dies verhindert. Er kann z.B. mindestens 5 bar betragen. An einer zuunterst in dem Außenrohr gelegenen Barriere sind die Düsenöffnungen dann so bemessen und angeordnet, dass mit einer Abkühlung die Temperatur des Wärmemediums nicht mehr unterhalb der Phasenwechselgrenze gelangt, aber noch immer der geothermische Expansionseffekt genutzt werden kann.

Der Abstand zwischen den Barrieren und/oder der Öffnungsquerschnitt der Dü senöffnungen werden abhängig davon bestimmt, welche geothermischen Gege benheiten am Einsatzort des Koaxialrohrs anzutreffen sind. Es kann insbesondere angestrebt werden diese Werte so festzulegen, dass durch die mittels der Barrie ren und Düsenöffnungen erzielten Expansion eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der umgebenden Erdschichten (des Gestein) in der jeweiligen Tie fe, und der Temperatur der Rohrwand des Außenrohrs zwischen 20 K und 25 K beträgt.

Grundsätzlich ist es hierbei auch denkbar, für die Steuerung der Anlage die Öff nungsquerschnitte der Düsenöffnungen während des Betriebes zu verändern.

Dies kann z.B. mittels ferngesteuert einstellbarer Düsenöffnungen (nach Art einer Blende) geschehen oder auch durch Einbringen von die Öffnungsquerschnitte ver ringernden Einsätzen in die Düsenöffnungen (oder Entfernen solcher Einsätze aus den Düsenöffnungen), was z.B. mithilfe von in dem Außenrohr angeordneten, mittels einer Steuerung steuerbaren Kleinrobotern erfolgen kann.

Die Tiefe der Tiefbohrung beträgt insbesondere wenigstens 1000 m, mit Vorteil wenigstens 1300, insbesondere wenigstens 1500, kann weiterhin insbesondere bei einer Höchsttiefe von 6000 m liegen, kann - abhängig von der für den Pro zess benötigten Temperatur, die auch von dem gewählten Wärmemedium ab hängt, aber auch maximal 2500 m, insbesondere maximal 2000 m. In entspre- ehender Tiefe herrschen bei üblichen geologischen Lagen Temperaturen von ca. 48°C bis 78°C (bei Tiefen bis 2500 m) wenn man von der Faustformel einer Erwärmung von 3°C pro 100 m und für die ersten 100 m von 6°C ausgeht) . Werden Tiefen bis 6000 m gewählt, dann können dort Temperaturen von über 130°C erhalten werden. Wie eingangs erwähnt, genügen Temperaturen von 48°C bis 78°C noch nicht, um mit dem in üblichen Verfahren verwendeten Wasser einen elektrischen Generator zu betreiben. Mit einem geeigneten Wär memedium, dass bei Standardbedingungen eine Siedetemperatur im Bereich zwi schen 30 °C und 60 °C aufweist, kann der oben beschriebene Effekt erreicht und kann das vorstehend beschriebene Verfahren auch bei weniger tief getriebe nen Bohrungen betrieben werden. Als ein alternativ zu Wasser verwendetes Wärmemedium kann insbesondere Dodecafluor-2-methylpentan-3-1 verwendet werden. Hierbei handelt es sich um eine bei Standardbedingungen färb- und ge ruchslose Flüssigkeit, die beispielsweise von der Firma 3M unter der Handelsbe zeichnung Novec ^® angeboten wird, zum Beispiel als Novec ^® 649. Es kann aber, wie schon erwähnt, auch Wasser als Wärmemedium Verwendung finden, wobei dann höhere Temperaturen, somit tiefer abgeteufte Bohrungen benötigt werden.

Auch wenn vorstehend eine Höchsttiefe der Tiefbohrung erwähnt und beispiels weise mit 6000 m angegeben ist, ist es ohne weiteres denkbar, die Tiefbohrung auch noch in größere Tiefen, z.B. bis zu 10000 m vorzutreiben und ein erfin dungsgemäßes Koaxialrohr in eine entsprechend tiefe Tiefbohrung einzusetzen. Da jedoch die Kosten einer Tiefbohrung mit größerer Tiefe signifikant und insbe sondere auch nicht linear ansteigen, werden geringere Tiefen der Tiefbohrung bevorzugt - sofern in den angebohrten Schichten entsprechend für das Verfah ren geeignete geothermische Bedingungen vorgefunden werden.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Gewinnung von Energie aus Erdwärme weist folgende Elemente auf: • ein in eine Tiefbohrung eingebrachtes Koaxialrohr. Dieses Koaxialrohr weist eine Außenrohr und ein Innenrohr auf, wobei in einem in der Tiefbohrung versenkten Endabschnitt des Koaxialrohrs Außenrohr und Innenrohr eine Verbindung zueinander haben. Das Koaxialrohr ist typischerweise mit dem Endabschnitt bis zu einem Grund der Tiefbohrung geführt.

• in dem Außenrohr angeordnete, dessen Querschnitt durchragende Leitstruk turen, insbesondere Spiralleitbleche oder mit Düsenöffnungen durchsetzte, beispielsweise tellerförmig gebildete, Barrieren;

• eine mit einer Eintrittsöffnung des Außenrohrs, die an einem dem Endab schnitt axial gegenüberliegenden Ende des Koaxialrohrs vorgesehen ist, ver bundene Zuleitung;

• einen mit einer Austrittsöffnung des Innenrohrs, die an dem Ende des Koa xialrohrs vorgesehen ist, verbundenen Gasströmungskanal;

• einen in dem Gasströmungskanal angeordneten Strömungsgenerator zum Erzeugen von elektrischer Energie. Der Strömungsgenerator ist dabei in ei ner solchen Weise in dem Gasströmungskanal angeordnet, dass ein Rotor des Generators durch anströmendes Gas bewegt wird zum Antreiben des Generators;

• ein zum Durchströmen des Koaxialrohrs angeordnetes Wärmemedium, wel ches bei Standardbedingungen flüssig ist und einen Siedepunkt bei Normal druck (also 1000 mbar) von zwischen 30 °C und 120 °C, z.B. von zwi schen 30°C und 60°C, aufweist.

Mit dieser erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein wie vorstehend beschriebe nes Verfahren durchgeführt werden. Die beiden exemplarisch angegebenen Bei spiele von Leitstrukturen, also Spiralleitbleche einerseits oder mit Düsenöffnun gen versehene Barrieren, wie z.B. tellerartige Barrieren, die auch als Expansions- teller bezeichnet werden können, ergeben die vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile.

Bei der Einrichtung kann insbesondere ein an dem Ende des Koaxialrohrs ange ordneter Abschnitt des Innenrohrs eine Durchmesseraufweitung aufweisen. Dort wird dann ein Durchmesser des Innenrohrs ausgehend von einem ersten Durch messer, den das Innenrohr entlang seiner Erstreckung bis zu dem Endabschnitt aufweist, bis auf einen zweiten Durchmesser erweitert, den die Austrittsöffnung aufweist. Durch diese Maßnahme wird ein beim Betrieb der Einrichtung ange strebter Kamineffekt in dem Innenrohr verstärkt, durch den dort aufwärts strö mendes, gasförmiges Wärmemedium nach oben, in Richtung des an der Erdober fläche befindlichen Endes des Koaxialrohrs gezogen wird.

Der Kamineffekt kann, insbesondere für das Anfahren der Anlage bzw. der Ein richtung, aber auch im Betrieb, auch durch ein Einstellen einer Temperaturdiffe renz mit beeinflusst werden, um so die Regelung der Anlage zu unterstützen. Hierfür kann, insbesondere im oberen Endabschnitt des Innenrohrs, eine Einrich tung zum gesteuerten Heizen und/oder Kühlen der Wand des Innenrohrs vorge sehen sein.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ferner in Durchströmungsrichtung gese hen hinter dem Strömungsgenerator eine Strömungsleitung mit einer Durchmes sererweiterung aufweisen. Diese kann als Diffusor wirken und eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmemediums erreichen.

Die Einrichtung kann weiterhin zusätzlich einen Wärmeübertrager aufweisen, der jenseits des Strömungsgenerators angeordnet ist, also auf der Seite, die dem die Austrittsöffnung mit dem Strömungsgenerator verbindenden Strömungskanal entgegengesetzt liegt. Mit einem solchen Wärmeübertrager kann dann nutzbare Wärmeenergie gewonnen werden. Wenn wie vorstehend erwähnt, in Durchströ mungsrichtung gesehen hinter dem Strömungsgenerator eine Strömungsleitung mit einer Durchmessererweiterung vorgesehen ist, so liegt diese mit Vorteil vor der Einströmöffnung des Wärmeübertragers, so dass das Wärmemedium den Wärmeübertrager mit reduzierter Geschwindigkeit durchströmt.

Mit Vorteil sind in der Einrichtung die Austrittsöffnung und die Eintrittsöffnung in einem geschlossenen Leitungssystem miteinander verbunden, sodass ein insge samt geschlossener Kreislauf erhalten ist, in dem das Wärmemedium zirkulieren kann. In einem solchen geschlossenen Kreislauf kann insbesondere ein Entga- sungs- und Vorratsbehälter angeordnet sein, in den durch den Strömungsgenera tor geströmtes Wärmemedium nach einer Verflüssigung, die durch Entspannung und Abkühlung erfolgen kann, einströmt, dort entgasen kann und aus dem so verflüssigtes Wärmemedium wieder in Richtung der Eintrittsöffnung des Außen rohrs befördert und dort wieder in den Kreislauf eingebracht werden kann.

Mit Vorteil können in der Einrichtung auch ein oder mehrere Ventil(e) vorgesehen sein, die insbesondere in der Zuleitung und/oder dem Gasströmungskanal zum gezielten Öffnen und/oder Verschließen der Zuleitung und/oder des Gasströ mungskanals angeordnet sein können und die mit einer Steuerung zum automati schen Betätigen des wenigstens einen Ventils verbunden sind. Über solche Ven tile, bei denen es sich auch um Durchflussregelventile zum gezielten Einstellen einer Durchflussmenge handeln kann, kann eine Steuerung der Einrichtung vor genommen werden. Für den Betrieb der Einrichtung ist es nämlich wesentlich, dass das Wärmemedium das Koaxialrohr in einem dynamischen Prozess durch strömt. Es muss dabei insbesondere immer nur so viel flüssiges Wärmemedium nachgeführt werden, wie in dem Endabschnitt des Koaxialrohrs verdampft und durch das Innenrohr aufsteigt. Wird hier zu viel Wärmemedium nachgeführt, so besteht die Gefahr, dass das gesamte Außenrohr mit (noch flüssigem) Wärme medium befüllt wird und durch den dann entstehenden hydrostatischen Druck der Prozess des Phasenübergangs im Endabschnitt des Koaxialrohrs unterbunden wird, das System zum Stillstand gelangt. Entsprechend muss also über eine Steuerung dafür Sorge getragen werden, dass der dynamische Vorgang auf rechterhalten bleibt. Um diesen Prozess zu überwachen und steuern zu können, können auch ansprechende Sensoren vorgesehen sein, die Kennwerte des Ver fahrens, wie zum Beispiel Druck und Temperatur des ausströmenden gasförmi gen Wärmemediums oder einen Volumenstrom des Wärmemediums erfassen und als Eingangsgrößen für die Prozessführung der Steuerung zur Verfügung stellen.

Das in der Erfindung gemessen Einrichtung eingesetzte Wärmemedium kann ins besondere Dodecafluor-2-methylpentan-3-1 , kann aber auch z.B. Wasser sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehen den Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Einrichtung und illustriert das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten möglichen Ausgestaltung;

Fig. 2 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Einrichtung und illustriert das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweiten möglichen Ausgestaltung;

Fig. 3 eine vergrößerte, schematische Schnittdarstellung des Koaxialrohrs der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung und

Fig. 4 schematisch eine Aufsicht auf einen Düsenöffnungen aufweisenden

Expansionsteller der Ausgestaltung nach Fig. 2.

In der Figur 1 ist - sehr schematisch - eine Skizze einer ersten möglichen Aus gestaltung der Erfindung gezeigt, die auch das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Ausgestaltungsvariante schematisch erläutert. In ein Bohrloch einer Tiefbohrung (hier nicht näher gezeigt) ist ein Koaxialrohr 1 eingebracht. Dieses ist an einem in das Bohrloch eingesetzten Ende geschlossen und besteht aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3. Das Innenrohr 3 ist dabei kürzer als das Außenrohr 2, so dass in einem Endabschnitt 4 das Außen rohr 2 mit dem Innenrohr 3 verbunden ist.

Die Tiefe der Bohrung, in die das Koaxialrohr 1 eingesetzt ist, und damit auch die Länge des Koaxialrohrs 1 , kann insbesondere zwischen 1000 m und maximal 6000 m, bspw. auch maximal 2500 m betragen, liegt im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel insbesondere bei ca. 1600 m.

Das Außenrohr 2 kann bis zu einer Tiefe von ca. 1000 m thermisch gegenüber dem Innenrohr 3 isoliert sein. An dem Innenrohr 2 sind Leitbleche 5 (die als ein durchgehendes Leitblech geformt sein können) festgelegt, die sich in den Durch gang des Außenrohrs 2 hinein und bis zu dessen Außenwand erstrecken und sich spiral- bzw. schneckenförmig in Richtung des Endabschnitts 4 winden.

Das Innenrohr 3 mündet an dem dem in das Bohrloch abgesenkten Ende gegen überliegenden Ende des Koaxialrohrs 1 mit einer Aufweitung 6.

In einem Entgasungs- und Vorratsbehälter 7 ist ein Wärmemedium 8 bevorratet, das unter Standardbedingungen flüssig ist. Es liegt in dem Entgasungs- und Vor ratsbehälter 7 in flüssiger Phase vor. Durch eine Leitung 9 wird mittels einer Pumpe 10 und über einen Einlass 1 1 wird kontinuierlich flüssiges Wärmemedium 8 in das Außenrohr eingeleitet. Bei dem Wärmemedium kann es sich bspw. um Dodecafluor-2-methylpentan-3-1 handeln, zum Beispiel das von der Firma 3M unter der Marke Novec ^® 649 vertriebene Fluid. Dieses Wärmemedium hat z.B. einen Siedepunkt bei Standardbedingungen von 49°C. Es kann aber auch Was ser oder ein anderes Fluid als Wärmemedium eingesetzt werden. In der Leitung 9 ist ein Ventil 1 1 vorgesehen, mit dem die Leitung 9 verschlossen und mit dem weiterhin die Durchflussrate des Wärmemediums 8 durch die Lei tung 9 kontrolliert werden kann.

Durch die Windungen der Leitbleche 5, die an die Außenwand des Innenrohres 3 z.B. angeschweißt sein können, strömt das Wärmemedium 8 in einer rotierenden Bewegung in dem Außenrohr 2 abwärts in Richtung des Endabschnitts 4. Durch die zunehmende Geschwindigkeit, mit der das Wärmemedium 8 abwärts strömt und durch die wirkende Zentralkraft wird das Wärmemedium 8, je weiter es in die Tiefe gelangt, mit umso größerer Kraft an die Außenwand des Außenrohres 2 gepresst. Dabei nimmt das Wärmemedium 8 geothermische Wärmeenergie auf, wobei dies durch die Anpressung des Wärmemediums 8 an die Außenwand des Außenrohrs 2 besonders effektiv geschieht. Zusätzlich entsteht weitere Wärme durch die Reibung des Wärmemediums 8 an der Innenseite der Außenwand des Außenrohrs 2, was die Temperatur des Wärmemediums 8 zusätzlich steigen lässt.

Die in spiralförmigen Windungen geführten Leitbleche 5 sind bis zu einem Punkt vorgesehen, an dem eine Phasenübergangsschwelle beginnt. Dies ist ein Punkt in der Tiefe der Bohrung, an dem das Wärmemedium 8 sich durch die wie oben ge schilderte Aufnahme von Wärme bis zum Siedepunkt erwärmt hat und nun gas förmig wird. Der unterste Abschnitt des Innenrohrs 3, z.B. die letzten 100 m, ist thermisch nicht zum Außenrohr 2 isoliert, so dass die Leitbleche 5 in diesem Be reich zusätzlich Wärmeübertragungsflächen darstellen. Da im Innenrohr 3 das heiße gasförmige Wärmemedium 8 nach oben aufsteigt, erwärmen sich auch das Innenrohr 3 und die Leitbleche 5, die damit Wärmeenergie mit abgeben können.

Erreicht das Wärmemedium 8 den thermalen Temperaturbereich bzw. die Pha senübergangsschwelle, beginnt das Wärmemedium 8, wie erwähnt, zu verdamp fen. Durch das ständige Nachführen von Wärmemedium 8 in das Außenrohr 2 des Koaxialrohrs 1 , wird immer mehr Wärmemedium 8 den Phasenwechsel reali- sieren. Dadurch kann das im Endabschnitt 4 dann gasförmig vorliegende Wär memedium 8 nicht im Außenrohr 2 nach oben aufsteigen. Auch die Leitbleche lassen ein Aufsteigen des gasförmigen Wärmemediums 8 nicht zu. Das gasför mige Wärmemedium 8 steigt daher im Innenrohr 3, getrieben insbesondere durch einen aufgrund eines einsetzenden Kamineffekts entstehenden Unterdrück, auf wärts in Richtung des oberen Endes des Koaxialrohrs 1 . Dort wird es im Bereich der Aufweitung entspannt und abgekühlt. Für die Temperaturreduzierung des Wärmemediums 8 werden also kein technisches Hilfsmittel und kein Energieein satz benötigt, wodurch ansonsten der Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens ver schlechtert würde.

Durch die Aufweitung des Rohrdurchmessers wird die Temperaturdifferenz zwi schen dem in dem Bohrloch versenkten unteren Ende des Koaxialrohrs 1 und dem höchsten Punkt des Innenrohrs 3, in dem das gasförmige Wärmemedium 8 strömt, größer. Dies steigert noch einmal den Kamineffekt, der ein beschleunig tes Aufsteigen des gasförmigen Wärmemediums 8 im Innern des Innenrohrs 3 antreibt. Hierdurch erhält das schnell aufwärts strömende gasförmige Wärmeme dium 8 eine hohe kinetische Energie. Die Entspannung und Temperaturreduzie rung des gasförmigen Wärmemediums 8 in der Aufweitung ist - durch entspre chende Auslegung der geometrischen Verhältnisse - mit Vorteil begrenzt auf 5K über dem Siedepunkt des Wärmemediums 8, so dass dieses auch nach dem Ent spannen weiterhin gasförmig ist und kein Phasenwechsel zurück in die flüssige Phase erfolgt, bis die kinetische Energie des Wärmemediums 8 genutzt wurde.

Die Strömungsgeschwindigkeit mit der das gasförmige Wärmemedium 8 auf wärts strömt, und damit seine kinetische Energie (Masse x Geschwindigkeit), des gasförmigen Wärmemediums 8 , ist abhängig von der Tiefe der Bohrung, von der Temperatur des gasförmigen Wärmemediums 8, seiner Dichte und dem Tempera turunterschied zwischen dem unteren Ende des Koaxialrohrs 1 und dem höchs ten Punkt des Innenrohrs 3, in dem das gasförmige Wärmemedium 8 strömt. Das gasförmige Wärmemedium 8 wird im Bereich der Aufweitung in einem Aus lass aus dem Innenrohr 3 in eine Leitung 13 überführt und durch diese oberir disch zu einem Strömungsgenerator 14, die ähnlich einer Windturbine arbeitet, geleitet. Der Strömungsgenerator 14 setzt sich zusammen aus einer Strömungs turbine 1 5, die von dem gasförmigen Wärmemedium 8 angeströmt und in Rotati on versetzt wird, und einem mit der Strömungsturbine 15 direkt gekoppelten und von dieser angetriebenen Generator 16 zur Erzeugung elektrischer Energie.

Ein Ventil 17 in der Leitung 1 3 kann dazu verwendet werden, die Leitung 13 zu sperren und selektiv zu öffnen und ggf. auch eine Durchflussrate durch die Lei tung 13 einzustellen. Für das Anfahren des Systems wird das Ventil 17 ge schlossen, so dass durch das stetig nachgefüllte und verdampfende Wärmemedi um 8, das in dem Innenrohr 3 aufsteigt, der Druck- und die Temperatur innerhalb des Koaxialrohrs 1 stetig steigen bis auf für den kontinuierlichen Betrieb der Ein richtung erforderliche Wert. Ist die erforderliche Temperatur und ist der Druck erreicht, öffnet eine Steuerung das Ventil 17 automatisch. Die Temperatur und der Druck werden durch das ständige Nachführen des flüssigen Wärmemediums 8, mittels der Pumpe 10 aufrechterhalten, da das nachgeführte Wärmemedium 8 ständig in dem Bereich der Phasenübergangsschwelle den Phasenwechsel voll zieht und so gasförmiges Wärmemedium 8 nachliefert. Dieses Verfahren ist ver gleichbar mit der Arbeitsweise eines Dampfkessels mit ständig nachfließendem Speisewasser.

Nach Durchströmen der Strömungsturbine 1 5 wird es in der Leitung 18 weiter geführt zu einem optional vorhandenen Wärmeübertrager 19. Dort kann dem gasförmigen Wärmemedium 8 die noch enthaltene Wärmeenergie entzogen wer den. Diese Wärmeenergie kann zum Beispiel dann für die Fernwärme-oder für Produktionswärmeversorgung genutzt werden. Über eine weitere Leitung 20 strömt das abgekühlte, noch gasförmige Wärmemedium 8 zurück in den Entga- sungs- und Vorratsbehälter 7. Dort vollzieht es den Phasenwechsel von gasför- mig zu flüssig. Der Entgasungs- und Vorratsbehälter 7 kann z.B. mit Außenluft gekühlt werden. Er dient dem Phasenwechsel des Wärmemediums 8 und dient gleichzeitig als Vorratsbehälter für die Zuführung des Wärmemediums 8 in das Außenrohr 2 des Koaxialrohrs 1 . Damit ist der Kreislauf geschlossen.

Wenn keine Elektroenergie erzeugt werden soll, kann bereits über eine gestrichelt gezeichnete und mit nicht näher dargestellten Ventilen schaltbare Kurzschlusslei tung 21 die Strömungsturbine 15 und damit der Strömungsgenerator 14 umgan gen werden. In ähnlicher Weise kann eine ebenfalls gestrichelt dargestellte Kurz schlussleitung 22 mittels nicht näher dargestellter Ventile aktiviert werden, wenn keine Wärmeenergie gewünscht ist. Dann wird das Wärmemedium 8 unter Um gehung des Wärmeübertragers 18 direkt von der Strömungsturbine 15 in den Entgasungs- und Vorratsbehälter 8 geleitet.

Mit 23 ist ein Installationsgebäude angedeutet, in dem die technischen Einrich tungen aufgenommen sind.

In den Figuren 2 bis 4 ist - sehr schematisch - eine Skizze einer zweiten mögli chen Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, die auch das erfindungsgemäße Ver fahren in einer zweiten Ausgestaltungsvariante schematisch erläutert. Vom Grundprinzip her gleicht die Einrichtung zur Nutzbarmachung von geothermischer Energie in der in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Variante derjenigen, die in Figur 1 dargestellt und vorstehend beschrieben ist. Insoweit werden in den Figuren 2 bis 4 auch gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche, bzw. funktionsgleiche Elemente zu bezeichnen.

Auch die in den Figuren 2 bis 4 gezeigte Einrichtung enthält als ein Kernstück ein in eine Tiefenbohrung abgeteuftes Koaxialrohr 1 . Auch in dieser Ausführungs form ist das Koaxialrohr 1 an einem in das Bohrloch eingesetzten Ende geschlos sen und besteht aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3. Das Innenrohr 3 ist auch hier kürzer als das Außenrohr 2, so dass in einem Endabschnitt 4 das Außenrohr 2 mit dem Innenrohr 3 verbunden ist.

Die Tiefe der Bohrung ist auch in diesem Ausführungsbeispiel bemessen wie vor stehend anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben und liegt in densel ben Dimensionen. Sie hängt auch davon ab, welche Temperaturen für einen zu erhaltenden Phasenübergang des verwendeten Wärmemediums benötigt werden.

Das Außenrohr 2 kann auch in diesem über einen ersten vertikalen Abschnitt, der z.B. ca. 2/3 der Gesamtlänge des Außenrohres 2 betragen kann, gegenüber dem Innenrohr 3 isoliert sein.

In dem in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem Innen rohr 2 nicht wie in dem vorherigen Beispiel sich spiral- bzw. schneckenförmig in Richtung des Endabschnitts 4 windende Leitbleche 5 festgelegt, sondern, insbe sondere in regelmäßigen Abständen, Barrieren in Form von sog. Expansionstel lern 25. Diese Expansionsteller 25 schließen den gesamten Querschnitt des Au ßenrohrs 2 jeweils ab, weisen aber Durchtrittsdüsen 26, also düsenförmige, die Expansionsteller 25 durchdringende Öffnungen. Diese Durchtrittsdüsen 26 kön nen insbesondere konisch sich in vertikal abwärts weisender Richtung verjüng end geformt sein. Die Expansionsteller 25 unterteilen somit das Außenrohr 2 in mehrere vertikal übereinander angeordnete Abschnitte, die über die Durchtritts düsen 25 strömungstechnisch verbunden sind.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist in einem Entgasungs- und Vorratsbehäl ter 7 ein Wärmemedium 8 bevorratet, das unter Standardbedingungen flüssig ist. Dieses Wärmemedium kann wiederum Wasser oder aber auch z.B. Dodecafluor- 2-methylpentan-3-1 sein. Es liegt in dem Entgasungs- und Vorratsbehälter 7 in flüssiger Phase vor. Durch eine Leitung 9 wird mittels einer Pumpe 10 kontinuier lich flüssiges Wärmemedium 8 in das Außenrohr 2 eingeleitet. Auch in dem Aus führungsbeispiel nach den Figuren 2 bis 4 kann in der Leitung 9 ein (hier nicht dargestelltes) Ventil vorgesehen sein, mit dem die Leitung 9 verschlossen und mit dem weiterhin die Durchflussrate des Wärmemediums 8 durch die Leitung 9 kontrolliert werden kann.

Das in das Außenrohr 2 eingefüllte Wärmemedium 8 fällt nun zunächst einen Abschnitt frei, bis es auf den ersten Expansionsteller 25 trifft. Dort staut sich das Wärmemedium 8 auf, da die Durchflussrate durch die Durchtrittsventile 26 vergleichsweise gering ist. Durch das Aufstauen des zuströmenden Wärmemedi ums 8 bildet sich auf dem Expansionsteller 25 eine stehende Säule des Wär memediums 8 aus, in der sich ein statischer Druck aufbaut.

Beim Durchtritt durch die Durchtrittsdüsen 26 kommt es zu einer Entspannung (Expansion) des Wärmemediums 8, die dann zu einer Abkühlung führt. Dies führt dazu, dass das Wärmemedium 8 wiederum besser Wärme aus der Umgebung aufnehmen kann.

Dieses Aufstauen und Entspannen des Wärmemediums 8 an den Expansionstel lern 25, bzw. beim Durchtritt durch die Durchtrittsdüsen 26 wiederholt sich nun im unteren Bereich eines jeden Abschnitts bzw. beim Durchtritt in den nächst unteren Abschnitt. Durch den statischen Druck der auf dem Expansionsteller 25 jeweils lastenden Säule des Wärmemediums 8 wird auch verhindert, dass dieses frühzeitig einen Phasenübergang in die gasförmige Phase durchläuft. Auch der durch die Expansion beim Durchtritt des Wärmemediums 8 durch die Durchtritts düsen 26 erhaltene Abkühlungseffekt verhindert einen verfrühten Phasenüber gang.

Nach Durchtritt durch die Durchtrittsdüsen 26 des zuunterst in dem Außenrohr 2 angeordneten Expansionsteller 25 erreicht das Wärmemedium dann eine Phasen übergangsschwelle. So wir das Wärmemedium 8 durch die wie oben geschilderte Aufnahme von Wärme in dem Endabschnitt schließlich bis zum auch unter den dort herrschenden Bedingungen (Druck, Temperatur) gegebenen Siedepunkt er- wärmt und wird nun gasförmig. Auch hier kann der unterste Abschnitt des In nenrohrs 3, z.B. das letzte Drittel oder auch die letzten 100 m, thermisch nicht zum Außenrohr 2 isoliert sein, so dass die Expansionsteller 25 in diesem Bereich zusätzlich Wärmeübertragungsflächen darstellen können. Da im Innenrohr 3 das heiße gasförmige Wärmemedium 8 nach oben aufsteigt, erwärmen sich auch das Innenrohr 3 und die Expansionsteller 5, die damit Wärmeenergie mit abgeben können.

Die Einstellung der für einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage benötigten Drü cke der auf den Expansionstellern 25 stehenden Säulen des Wärmemediums 8 können erreicht werden durch Auslegung der Anzahl und Öffnungsquerschnitte der Düsenöffnungen 26, die für die Expansionsteller 25 auf unterschiedlichen Ebenen unterschiedlich gewählt sein können, und über die Zuführrate des in das Außenrohr 2 eingespeisten Wärmemediums 8.

Erreicht das Wärmemedium 8 den thermalen Temperaturbereich bzw. die Pha senübergangsschwelle, beginnt das Wärmemedium 8 auch in dieser Gestaltungs variante zu verdampfen. Durch das ständige Nachführen von Wärmemedium 8 in das Außenrohr 2 des Koaxialrohrs 1 einerseits und durch die Barrieren in Form von lediglich die Durchtrittsdüsen als Fluidverbindung belassenden Expansionstel ler, wird ein Aufsteigen des gasförmigen Wärmemediums 8 im Außenrohr 2 ver hindert. Stattdessen wird auch hier immer mehr Wärmemedium 8 den Phasen wechsel realisieren. Das gasförmige Wärmemedium 8 steigt wiederum im Innen rohr 3, getrieben insbesondere durch einen aufgrund eines einsetzenden Kamin effekts entstehenden Unterdrück, aufwärts in Richtung des oberen Endes des Koaxialrohrs 1 . Dort wird es im Bereich eines Diffusors 28, der durch eine Auf weitung in der Rohrleitung gebildet ist, entspannt und abgekühlt. Für die Tempe raturreduzierung des Wärmemediums 8 werden also auch hier kein technisches Hilfsmittel und wird kein Energieeinsatz benötigt, so dass sich auch hier der Ge samtwirkungsgrad des Verfahrens nicht verschlechtert. Durch den Diffusor 28 und die dadurch erreichte Abkühlung des Wärmemediums wird die Temperaturdifferenz zwischen dem in dem Bohrloch versenkten unteren Ende des Koaxialrohrs 1 und dem höchsten Punkt des Innenrohrs 3, in dem das gasförmige Wärmemedium 8 strömt, wiederum größer. Dies steigert auch hier noch einmal den Kamineffekt, der ein beschleunigtes Aufsteigen des gasförmigen Wärmemediums 8 im Innern des Innenrohrs 3 antreibt. Hierdurch erhält das schnell aufwärts strömende gasförmige Wärmemedium 8 auch in dieser Ausge staltungsvariante eine hohe kinetische Energie. Die Entspannung und Tempera turreduzierung des gasförmigen Wärmemediums 8 in dem Diffusor 28 ist - durch entsprechende Auslegung der geometrischen Verhältnisse - mit Vorteil auch hier begrenzt auf 5K über dem Siedepunkt des Wärmemediums 8, so dass dieses auch nach dem Entspannen weiterhin gasförmig ist und kein Phasenwechsel zu rück in die flüssige Phase erfolgt, bis die kinetische Energie des Wärmemediums 8 genutzt wurde.

Die Strömungsgeschwindigkeit mit der das gasförmige Wärmemedium 8 auf wärts strömt, und damit seine kinetische Energie (Masse x Geschwindigkeit), des gasförmigen Wärmemediums 8 , ist auch bei dieser Variante abhängig von der Tiefe der Bohrung, von der Temperatur des gasförmigen Wärmemediums 8, sei ner Dichte und dem Temperaturunterschied zwischen dem unteren Ende des Ko axialrohrs 1 und dem höchsten Punkt des Innenrohrs 3, in dem das gasförmige Wärmemedium 8 strömt.

Das aus dem Diffusor 28 ausströmende, gasförmige Wärmemedium 8 strömt eine Strömungsturbine 15 an, die in Rotation versetzt wird und einen Generator 16 zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Diese elektrische Energie wird mittels eines Transformators 31 , der über eine Steuerung 30 angesteuert wird, auf eine Spannung transformiert und mit einem ggf. vorhandenen Frequenzum richter auf die Netzfrequenz des Stromnetzes angepasst, so dass die elektrische Energie dann in das Stromnetz eingespeist werden kann. Nach Durchströmen der Strömungsturbine 15 wird das Wärmemedium zu einem optional vorhandenen Wärmeübertrager 19 geleitet. Dort kann dem gasförmigen Wärmemedium 8 die noch enthaltene Wärmeenergie entzogen werden. Diese Wärmeenergie kann zum Beispiel dann für die Fernwärme- oder Nahwärmever sorgung 33 genutzt werden. Das abgekühlte, noch gasförmige Wärmemedium 8 strömt dann auch hier zurück in den Entgasungs- und Vorratsbehälter 7. Dort vollzieht es den Phasenwechsel von gasförmig zu flüssig. Der Entgasungs- und Vorratsbehälter 7 kann z.B. mit Außenluft gekühlt werden. Er dient dem Pha senwechsel des Wärmemediums 8 und dient gleichzeitig als Vorratsbehälter für die Zuführung des Wärmemediums 8 in das Außenrohr 2 des Koaxialrohrs 1 . Damit ist der Kreislauf geschlossen.

Auch hier ist die Anlagentechnik weithin in einem Installationsgebäude 23 unter gebracht, in dem sich auch ein Leitstand 32 befindet, von dem aus die Anlage gesteuert und betrieben werden kann.

Der Erfinder hat dabei errechnet, dass für beide Ausführungsformen nur etwa 25 m ² Grundfläche des Installationsgebäudes 23 für die Unterbringung der für die Einrichtung erforderlichen technischen Einrichtungen benötigt werden, um eine Anlage mit einer Nennleistung von etwa 2,5 MW zu realisieren. Ein weiterer Vor teil liegt in der vergleichsweise hohen Dichte, mit der erfindungsgemäße Anlagen in der Fläche umgesetzt werden können. Der Erfinder hat hier errechnet, dass - wiederum für Anlagen beider Ausführungsvarianten - eine Dichte von 4 Anlagen pro km ² möglich ist. Dies ist deutlich mehr als im Falle von herkömmlichen Ge othermieanlagen, die einen weiter größeren Einzugsbereich zu den Seiten haben.

Besondere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer dieses Verfahren umsetzenden Einrichtung sind:

Es wird ein Koaxialrohr in die Tiefe eingebracht. • In ein Außenrohr, des Koaxialrohres wird ein flüssiges Wärmemedium ein gebracht (z.B. dort hinein gepumpt), welches Wärmemedium - bei Normal druck von 1000 mbar - bei einer Temperatur zwischen 40°C und 120°C (insbesondere bei einer geringen Temperatur, z.B. zwischen 40°C und 60°C) verdampft. Bei einem Wärmemedium, das bei geringer Temperatur, z.B. zwischen 40°C und 60°C bei Normaldruck verdampft, tritt der Pha senübergang schon in vergleichsweise geringer Tiefe, z.B. ab einer Tiefe von 1 300 bis 1400 m, in dem Koaxialrohr ein.

• An eine Außenwand eines Innenrohres des Koaxialrohrs können bis zu der Tiefe, in der der Phasenübergang eintritt (Phasenübergangsschwelle) Leit strukturen, z.B. spiralförmige Leitbleche oder mit Düsenöffnungen durch setzte Barrieren, wie z.B. Expansionsteller, festgelegt, insbesondere ange schweißt sein (vergleichbar mit einer senkrechten Rohrschnecke) . Bei spiral förmigen Leitblechen beeinflusst die Steilheit der Windungen die zeitliche Dauer, bis das Wärmemedium die Phasenübergangsschwelle erreicht. Bei mit Düsenöffnungen durchsetzten Barrieren bestimmen die Öffnungsquer schnitte der Düsenöffnungen und der Abstand zwischen benachbarten Bar rieren unter anderem diese Dauer.

• Sind Leitbleche vorgesehen wirkt auf das flüssige Wärmemedium eine Zent ralkraft (Fliehkraft), so dass das Wärmemedium beim abwärts Strömen an eine Innenseite des Außenrohrs gepresst wird und so Reibungswärme ent steht.

• Das Innenrohr kann gegenüber dem Außenrohr thermisch isoliert sein, um einen Wärmeübergang von dem in dem Innenrohr geführten gasförmigen Wärmemedium auf das in dem Außenrohr nachströmende flüssige Wärme medium zu verhindern, jedenfalls zu verringern. Es kann diese Isolierung in einem untersten Abschnitt des Koaxialrohrs, z.B. in den untersten 100 m fortgelassen werden, so dass die Wärmeenergie aus der Tiefe auf die Win- düngen der Leitbleche übertragen wird und diese Windungen eine zusätzli che Wärmeübertragungsfläche darstellen.

• Das flüssige Wärmemedium erreicht bei der Siedetemperatur, die durch die geothermische Energie in einer bestimmten Bohrtiefe zur Verfügung steht, die Phasenübergangsschwelle.

• Das Wärmemedium wird gasförmig und will, auf Grund der geringeren Dich te, im Außenrohr nach oben steigen. Doch auf Grund des ständigen Nach führens des flüssigen Wärmemediums sowie durch die Windungen der Leit bleche, wird dies verhindert.

• Durch das kontinuierliche Nachführen des flüssigen Wärmemediums in das Außenrohr entsteht ständig neues gasförmiges Wärmemedium im Bereich des Endabschnitts. Das gasförmige Wärmemedium füllt den Raum zwischen dem Bereich, in dem die Phasenübergangsschwelle liegt und einem unters ten Ende des Koaxialrohres im Außenrohr und bis zur Absperreinheit des In nenrohres aus.

• Nach einer bestimmten Zeitdauer, die steuerbar ist (z.B. über die Füllmenge des Wärmemediums), steigen der Druck und die Temperatur im Koaxialrohr an. Ein technisches Hilfsmittel, wie z.B. ein Kompressor oder ein Verdichter, welche den wirtschaftlichen Ertrag minimieren würden, ist für die Tempera tur- und Drucksteigerung nicht erforderlich.

• Wird nun eine Absperreinheit des Koaxialrohres geöffnet, steigt das gasför mige Wärmemedium durch den Kamineffekt in dem Innenrohr auf. Der Ka mineffekt dieser entsteht durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des gasförmigen Wärmemediums im Endabschnitt des Koaxial rohres und am höchsten Punkt des Innenrohres in dem das gasförmige Wärmemedium strömt. So strömt das gasförmige Wärmemedium mit einer hohen Geschwindigkeit in dem Innenrohr aufwärts.

• Für eine höhere Temperaturdifferenz und damit eine Steigerung des Kamin effekts kann eine Aufweitung des Rohrdurchmessers am des Innenrohrs am oberen Ende (dem Kopf) des Koaxialrohrs genutzt werden. Auch kann ein in einem obersten Abschnitt, z.B. den obersten 50m, des Innenrohrs nicht ge gebene thermische Isolierung dazu beitragen, indem dort das noch kalte flüssige Wärmemedium mit zur Abkühlung des dort vorbeiströmenden gas förmigen Wärmemediums beitragen kann.

• Die hohe kinetische Energie des gasförmigen Wärmemediums wird in einer Strömungsturbine (die z.B. ähnlich einer Windturbine sein kann) in Rotati onsenergie umgewandelt und zum Antreiben eines elektrischen Generators genutzt. Diese Turbine kann auf Grund der hohen kinetischen Energie des gasförmigen Wärmemediums kleiner und kompakter gebaut werden, als dies mit einer Dampfturbine oder einer Aufwindturbine möglich und wirtschaft lich sinnvoll wäre.

• Die Wärmeenergie im gasförmigen Wärmemedium kann zusätzlich mittels Wärmeübertrager zur Wärmeversorgung oder als Produktionswärme genutzt werden.

• Die geothermale Wärmeenergie wird in diesem neuen Verfahren lediglich als Auslöser eines Phasenwechsels eines Wärmemediums eingesetzt.

• Zur Energieerzeugung (Elektro- und/oder Wärmeenergie) wird die hohe kine tische Energie des gasförmigen Wärmemediums, die durch die Reibungs wärme, die geothermische Energie, den Phasenwechsel mit der Verdamp fungswärme, die Temperatur- und Drucksteigerung sowie den Kamineffekt entsteht, genutzt.

• Das neue Verfahren erfolgt vorzugsweise in einem geschlossenen Kreislauf, so dass kein Wärmemedium ins Erdreich eingebracht werden muss und auch keine Umweltgefährdung oder Grundwasserverschmutzung eintreten kann.

• Wird ein Wärmemedium mit niedrigen Siedepunkt verwendet, reichen be reits niedrige Thermaltemperaturen, entsprechend dem niedrigen Siedepunkt des Wärmemediums, aus, die mit bekannten geothermischen Verfahren we- der für die Wärmeenergieversorgung noch für die Elektroenergieherstellung direkt nutzbar sind.

• Wesentlichen Einfluss nehmen auch die Dichte des Wärmemediums sowie der Höhenunterschied zwischen tiefstem Punkt des Koaxialrohres und dem höchsten Punkt der Rohrleitung in dem das gasförmige Wärmemedium strömt.

• Ein wählbarer niedriger Siedepunkt des Wärmemediums führt zu geringeren Bohrtiefen. Dadurch wird auch die Verwendung des Verfahrens in sehr vie len Gebieten wirtschaftlich sehr interessant, in denen bisher Geothermie wegen der erforderlichen Bohrtiefen unwirtschaftlich war.

• Durch die Realisierung des neuen Verfahrens ist es möglich, z.B. mit der so gewonnenen elektrischen Energie an Land sowie auf den Meeren Elektrola- destationen für LKW, Busse, PKW, Schiffe, Ausflugsboote, Fähren zu be treiben und so einen erheblichen Beitrag zur Verringerung des CO ₂ - Ausstosses zu leisten.

• Die Standorte sind sehr flexibel auswählbar, da das erfindungsgemäße Ver fahren keine besonderen Standortanforderungen stellt, wie etwa das Vor handensein von Thermalquellen, wasserführenden oder -durchlässigen Schichten/Gesteinen oder hohen Temperaturen in niedriger Tiefe.

Bezugszeichen

1 Koaxialrohr

2 Außenrohr

3 Innenrohr

4 Endabschnitt

5 Leitblech

6 Aufweitung

7 Entgasungs- und Vorratsbehälter

8 Wärmemedium

9 Leitung

10 Pumpe

1 1 Einlass

12 Ventil

13 Leitung

14 Strömungsgenerator

15 Strömungsturbine

16 Generator

17 Ventil

18 Leitung Wärmeübertrage

Leitung

Kurzschlussleitung

Kurzschlussleitung

Installationsgebäude

Expansionsteller

Durchtrittsdüse

Pfeil

Diffusor

Diffusor

Steuerung

Transformator

Leitstand

Fern- / Nahwärmeversorgung