用于从地热获取有用能量的方法和装置与流程

用于从地热获取有用能量的方法和装置
1.本发明涉及一种用于从地热获取有用能量的方法和装置。
2.利用地热来获取能量从很久就已知了。第一个用于获取电能的地热发电厂于20世纪初已经投入运行。目前，特别是在寻找碳中和以及无co2排放的能量获取方式的背景下，为了获取能量，人们努力在地热的应用中将地热可以使用得更好并且更全面。
3.特别地，存在用于借助表层地热(在直至400m的深度中)或深层地热(在大于400m的深度中)来产生热能和/或电能的地热设备和方法。在已知的方法中，利用地热在较深的深度中将水加热。被加热的水，也称为地热水，被运输到地表，然后将水吸收的地热用于产生有用能量。
4.对于深层地热，分为液热系统和石油热系统。在液热系统中，储存在深层中的水被抽出并被传送到地表，水中储存的热量被用于获取能量。在石油热系统中，通过将水输送到深层岩并且与深层岩进行热交换而吸收储存在深层岩中的地热，并且将由此加热的水输送到地表，以便在地表获取能量。液热系统形成开放系统，其中将位于深层的物质(水)提取，并且作为替换通常将替代物从地表引导到那里并沉积。也可以将在深层取出的水送回。因此，在此特别存在将污染物引入深层水的风险。还可以使用地热换热器来实现石油热系统，其中将水在闭合回路中引导，该地热换热器通过地热换热器的壁透过式地接收储存在深层岩中的地热。
5.除了在液热系统中存在的问题，即可能将杂质和污染物引入到位于深层的热水储存区域中，已知的系统还存在通常仅能以较低的效率实现特别是电能的产生的缺点。为了利用在已知的系统中用作热媒的水来驱动发电机，水必须以至少80℃的温度到达地表。只有在水从地表以蒸汽形式排出时，水才可以直接用于驱动例如蒸汽涡轮机。这可以或者说仅通过钻出非常深的孔(平均每深入100m，温度升高3℃，使得在普通的位置中只有在非常深的地方才能达到100℃的温度)，或者通过在特殊位置的区域钻孔实现，由于例如火山活动或地磁的特别异常情况的，在这些区域，较小的深度也已经达到特别高的温度。
6.在这里，本发明旨在解决上述问题并且说明一种方法以及一种装置，利用该方法和装置在普通的位置和较小的孔深度下也可以利用地热产生电能。
7.首先通过具有权利要求1的特征的用于从地热获取有用能量的方法来解决该任务并且达到所设定的目标。在权利要求2至8中说明了根据本发明的方法的有利的改进方案。此外，利用本发明提出一种具有权利要求9的特征的用于从地热获取有用能量的装置来作为上述任务的解决方案。在权利要求10至15中描述了根据本发明的装置的有利的改进方案。
8.在根据本发明的方法中，将同轴管引入并且置入到土地中的深井中。钻出深井和将同轴管引入到深井中可以是被归入该方法的步骤。然而，该方法也可以在没有这些步骤的情况下执行，即该方法为对单独进行的钻孔和插入同轴管的补充并且与此分开。同轴管具有外管和内管，并且凭借端部区段沉入深井中，通常凭借该端部区段直到到达深井的底部。在该端部区段的区域中，同轴管的外管和内管彼此以流体技术的方式连接，也就是说在那里，在外管中被引入的热媒在那里可以转入到内管中。在实施所述方法时，将在标准状况
(satp条件)下为液态的热媒引入到外管中，并且朝同轴管的沉入深井的端部区段的方向流动。标准状况由国际理论和应用化学联合会(iupac)确定，温度为25℃，同时压强为1000mbar。在本申请的下文中，1000mbar的压强也被称为常压。
9.然后，热媒朝同轴管的端部区段的方向流动，这尤其可以仅通过重力驱动来实现。在此，热媒吸收地热从而被加热。在此，也可以通过热媒沿着外管壁流动的摩擦实现额外地加热。然而，热量的吸收主要是通过地热实现。然后，在位于同轴管的末尾三分之一中的同轴管区段中，热媒进行相变，该热媒在该区域中向气相转移并且在端部区段的区域中以气态形式进入内管。现在，气态热媒在内管中上升并且向上流动。然后，流动的气态热媒被引导到流体发电机，该流体发电机被该气流驱动，以产生电能。
10.热媒例如可以是水。然而，尤其还可以是与水不同的热媒，例如在常压下具有比水明显更低的沸点的热媒。这种可选的热媒的在常压下的沸点在此尤其可以在30℃至60℃的范围中。
11.为了使热媒在内管中上升，可以利用烟囱效应。这尤其可以通过如下方式实现，即内管的逸出区域在地表的区域上或地表的区域中具有直径扩张部，通过该直径扩张部，流出的气体实现了减压，以及与位于端部区段的区域中、尤其是内管的下端部处的气态热媒的温度相比实现了降温。
12.在根据本发明的方法中，不是主要利用吸收和储存在热媒中的热能，而是在气态热媒在内管中上升时获得的气流的动能，该动能被用于驱动流体发电机。在工艺参数设计适当的情况下，可以获得相当高的流速，速度可以远超过200km/h，从而可以利用这些流速驱动相应地设计的、尺寸可以确定得非常小的流体发电机。还尤其可以将气流分成不同的分流，以便借此并行地驱动多个流体发电机。
13.内管可以在其内表面上具有减少粘附的结构，例如涂层形式的结构，例如具有所谓的荷叶效应的结构。这防止了在内管中上升的气流中携带的颗粒等的附着，从而使得内管的直径保持不变。该涂层还可以具有减小摩擦的作用，使得内管中上升的气体的速度不会降低。为了减小摩擦，内管也可以在内表面上具有其它合适的结构，例如涂层形式的结构。
14.为了进一步利用由流动的气态热媒携带的能量，特别是从地热中吸收的能量，可以规定，热媒在流过流体发电机之后也还被引导通过热交换器，以便获取可用的热能。通过这样的组合提高了所述方法的整体效率。
15.有利地，热媒可以在流过流体发电机之后(并且有可能在流过热交换器之后)液化并且以液体的形式被重新引入到同轴管的外管中。在该变型方案中，该方法利用在闭合回路中引导的热媒来进行，从而不必持续地输入新的热媒。
16.可以有利地将外管中的热媒(8)在螺旋形的轨道上向沉入到深井中的端部区段的方向引导。这可以例如通过在外管中设置相应的引导结构来实现，例如以螺旋形状引导的、例如装配(例如焊接)在内管的外壁上的导板。以这种螺旋形状引导热媒具有多种优点。这样，在这种情况下朝向端部区段的方向加速的热媒通过外管中的螺旋形的轨道向外、朝外壁的方向被挤压，从而在那里热媒与外壁接触特别良好，可以有效地吸收通过外壁进入的地热。此外，在这种引导中，外管的壁与热媒之间产生摩擦，这种摩擦可导致对热媒的额外加热，从而可以有助于输入热量。将同轴管的外管平均划分成各个高度区段的相应的引导
结构也防止了(至少在如下动态的情况下：热媒不是静止在外管中，而是在相应的区间或区段中流动而没有完全填充外管)在同轴管的端部区段中产生高的动压，所述动压即使在热媒通过吸收热量达到高于标准状况下热媒的沸点的温度的情况下，也可以阻止热媒相变为气相。
17.可选的并且同样有利的是，外管中的热媒在外管的至少一个区段中、尤其在多个这样的区段中，通过引入到外管中的屏障，例如盘状的屏障而积聚，并且经过包含在屏障中的、朝向外管的处于竖直上更深的区段引导的喷嘴孔，在膨胀情况下转移到处于竖直上更深的区段中。这种处理方法的优点是，与注入到外管中的热媒的量有关地，在例如盘状的屏障上快速、缓慢或稳定地形成水柱。因此，在每个区段中的屏障上形成静压，该静压可以通过热媒的添加速率和喷嘴孔的孔横截面来调整，例如调整到10bar。该静压阻止热媒在这个区段中对于实施本方法而言过早的相变。在处于屏障的竖直下方的区段中，借助压强贯穿地流过喷嘴孔的热媒发生膨胀(减压)，这导致热媒冷却并从而导致热媒和管壁之间温差提高。由此，管壁也被冷却，从而又提高了岩石的导热能力。这是由热力学的第二定律，即热力学的熵定律得出。通过提高岩石的导热能力还使得提高了导热率，这导致热能从更远处更快地流向同轴管的外管。冷却的热媒则以更高的速度在位于喷嘴孔的竖直下方的区段中坠落，直到到达通过另一可能的屏障而积聚的、另一位于下方的由热媒构成的柱，该速度可以例如是至少70m/s，该柱加载在另一可能的屏障上。因此，尽管岩石的温度高于常压下的相变点，但热媒不会蒸发，因为热媒的加载柱的静压阻止了这种蒸发。该静压可以例如是至少5bar。于是，在位于外管最下部的屏障处，喷嘴孔被布置为且其尺寸被确定为，使得通过冷却热媒温度不再位于相变界限的下方，但还仍然可以利用地热的膨胀效应。
18.根据在同轴管的使用地点处遇到的地热条件来确定各屏障和/或喷嘴孔的孔横截面之间的距离。目标尤其可以是，将这些值设定为，使得通过借助于屏障和喷嘴孔实现的膨胀，使在相应深度中周围的土地层(岩石)的温度与外管的管壁的温度之间的温差位于20k和25k之间。
19.在此原则上也可以考虑，为了控制设备在运行期间改变喷嘴孔的孔横截面。这例如可以借助于可远程控制地调节的喷嘴孔(以光圈的形式)来实现，或者也可以通过将可减小孔横截面的插入件引入到喷嘴孔中(或从喷嘴孔中移除这种插入件)来实现，这例如可以借助于布置在外管中的、可由控制装置控制的小型机器人来实现。
20.深井的深度尤其是至少1000m，有利地至少1300m，尤其是至少1500m，此外在最大深度的情况下尤其可以是6000m，但也可以是2500m(取决于过程所需的温度，该温度也取决于所选择的热媒)，尤其是2000m。在一般的地质状况中，如果根据每100m温度升高3℃的经验公式，并且以第一个100m为6℃开始，则在相应的深度中温度大约达到48℃至78℃(在深度达到2500m的情况下)。如果选择达6000m的深度，则那里温度可以超过130℃。如开头所述，48℃至78℃的温度还不足以利用常规方法中使用的水来驱动电气的发电机。利用在标准状况下具有30℃至60℃范围内的沸点的合适的热媒，可以实现上述效果，并且在深度较小的深井中也可以实施上述方法。尤其可以使用十二氟
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1替代水作为热媒。在此，这是一种在标准状况下无色无味的液体，例如由3m公司提供的商品名为(例如649)的液体。然而，如同已经提及过，也可以用水作为热媒，在这种情况下，则需要更高的温度，因此需要钻更深的深井。
21.即使在上文中提到了深井的最大深度，并且示例性地给出了6000m，也可以容易设想将深井挖掘成更大的深度，例如达到10000m，并且将根据本发明的同轴管插入到相应深的深井中。然而，因为深井的成本随着深度增加而显著地且特别是非线性地增加，所以只要在被钻的层中存在对应于该方法的适合的地热条件，则优选较小深度的深井。
22.用于从地热获取能量的根据本发明的装置具有以下元件：
23.●
引入深井中的同轴管，该同轴管具有外管和内管，其中，外管和内管在同轴管的沉入深井中的端部区段中彼此具有连接部；
24.●
引导结构，其布置在外管中、突出在外管的截面中，所述引导结构尤其是螺旋导板；或者屏障，其贯穿有喷嘴孔、例如构造为盘状；
25.●
输入导管，其与外管的进入口连接，所述进入口被设置在同轴管的与端部区段轴向对置的端部上；
26.●
气态流体通道，其与内管的逸出口连接，逸出口被设置在同轴管的端部上；
27.●
流体发电机，其布置在气态流体通道中，用于产生电能，在此，流体发电机以这样的方式布置在气态流体通道中，使得发电机的转子通过流通的气体而运动，以便驱动发电机；
28.●
设置用于流过同轴管的热媒，该热媒在标准状况下为液态并且在常压(1000mbar)下具有30℃至120℃之间的沸点，例如30℃至60℃之间。
29.利用根据本发明的装置可以实施如上所述的方法。由导引结构的作为示例给出的两个例子，即一方面是螺旋导板，或者是设有喷嘴孔的屏障(例如是也可以称为膨胀盘的盘状屏障)，产生了前面结合本方法所描述的优点。
30.在该装置中，内管的布置在同轴管的端部上的区段尤其可以具有直径扩张部，在那里，内管的直径从内管沿着其直到端部区段的延伸部分所具有的第一直径开始，扩大到逸出口所具有的第二直径。通过该措施，强化了在装置运行时所追求的内管中的烟囱效应，通过该烟囱效应，向上流动的气态热媒朝同轴管位于地表处的端部的方向被向上抽吸。
31.尤其为了启动设备或装置，然而也在运行中，通过调节温度差也可以连带影响烟囱效应，以便以此来支持对设备的调节。为此，可以尤其在内管的上端部区段中设置用于可控制地加热和/或冷却内管的壁的装置。
32.此外，根据本发明的装置可以沿流通方向看在流体发电机的后方设有具有直径扩张部的流体导管。该流体导管可以起到扩散器的作用并且实现降低热媒的流动速度。
33.此外，本装置还可以附加地具有热交换器，该热交换器设置在流体发电机的另一侧，也就是位于与将逸出口与流体发电机相连的气态流体通道对立的一侧。于是，利用这种热交换器可以获取可用的热能。如果如上所述，沿流通方向在流体发电机的后方设置具有直径扩张部的流体导管，则有利地将该流体导管设在热交换器的流入口的前面，从而使热媒以减小的速度流过热交换器。
34.在该装置中，逸出口和进入口在闭合的导管系统中彼此有利地连接，从而得到了整体上闭合的回路，在该闭合回路中，热媒可以循环。在这种闭合回路中尤其可以布置脱气和存储容器，流过流体发电机的热媒可以在通过减压和冷却进行液化之后流入该脱气和存储容器中，热媒可以在那里脱气，并且这样被液化的热媒可以从该脱气和存储容器中再次朝着外管的进入口的方向被输送并且可以在那里被重新引入回路。
35.在该装置中还可以有利地设置一个或多个阀门，该一个或多个阀门尤其可以布置在输入导管和/或气态流体通道中，用于有针对性地打开和/或关闭输入导管和/或气态流体通道，并且该一个或多个阀连接至用于自动地操纵至少一个阀门的控制装置。通过这种阀门可以对该装置进行控制，其中该阀门也可以是用于有针对性地调节流量的流量调节阀门。对于装置的运行而言重要的是，热媒在动态过程中流过同轴管。在此，尤其必须始终仅补充如同在同轴管的端部区段中蒸发且通过内管上升的量的液态热媒。如果这里补充太多的热媒，则存在如下危险，即，整个外管被(仍为液态的)热媒填充并且由于如此产生的静液压抑制同轴管的端部区段中的相变过程，系统将处于停止状态。因此，相应地必须通过控制装置确保维持动态过程。为了能够监控和控制该过程，也可以设置所提及的传感器，以检测该方法的特征值，例如流出的气态热媒的压强和温度或热媒的体积流量，并且将特征值作为输入参量提供给控制装置的过程控制。
36.在根据本发明的装置中使用的热媒尤其可以是十二氟
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1，但也可以是例如水。
37.本发明的其它优点和特征由下面借助附图对实施例的说明得出。其中：
38.图1示出了根据本发明的装置的示意图，并且以第一可行性构造方案表明了根据本发明的方法；
39.图2示出了根据本发明的装置的示意图，并且以第二可行性构造方案表明了根据本发明的方法；
40.图3是图2所示的构造方案的同轴管的放大截面示意图；以及
41.图4示意性示出根据图2的构造方案的具有喷嘴孔的膨胀盘的俯视图。
42.在图1中非常示意性地示出了本发明的第一可行性构造方案的简图，该简图也以第一构造变型方案示意性地阐述了根据本发明的方法。
43.同轴管1被引入到深井(这里未详细示出)的孔中。该同轴管的插入到孔中的端部是封闭的，并且该同轴管由外管2和内管3构成。在此，内管3比外管2短，从而使外管2与内管3在端部区段4中连接。
44.同轴管1插入到孔中的深度以及因此同轴管1的长度，尤其可以位于1000m与最大6000m(例如最大也计为2500m)之间，在所示的实施例中尤其约为1600m。
45.外管2可以在直至约1000m的深度处为止相对内管3热绝缘。内管2上固定有导板5(该导板可以成形为连续的导板)，该导板延伸进入外管2的通道中，直至延伸至该外管的外壁并且以螺旋状或蜗杆状朝向端部区段4的方向缠绕。
46.内管3在同轴管1的端部处与扩张部6汇合，该端部与沉入到孔中的端部对置。
47.在脱气和存储容器7中存储有热媒8，该热媒在标准状况下是液态的。在脱气和存储容器7中热媒以液态的状态存在。借助泵10将液态热媒8经过导管9，并通过入口端11连续地导入外管中。热媒例如可以是十二氟
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1，例如由3m公司销售的商品名为649的流体。这种热媒在标准状况下沸点例如为49℃。然而，也可以使用水或其它流体作为热媒。
48.在导管9中设有阀门11，利用阀门11可以封闭导管9并且还可以控制热媒8通过导管9的流量率。
49.通过例如可以焊接到内管3的外壁上的导板5的绕圈，热媒8在外管2中以旋转运动
着朝向端部区段4的方向向下流动。由于热媒8向下流动的速度的增加，并且由于起作用的向心力，热媒8到达的深度越远，其就被越大的力挤压到外管2的外壁上。在此，通过将热媒8压靠到外管2的外壁上特别有效地实现热媒8吸收地热的热能。通过热媒8在外管2的外壁的内侧上的摩擦额外地产生另外的热量，这额外地提高了热媒8的温度。
50.导板5直到相变阈开始的点都被设置为螺旋形的绕圈引导。这是孔的深处中的一个点，在该点处热媒8通过如上所述吸收热量直至被加热至沸点并且现在变成气态。内管3的最下部的区段、例如最后100m的区段不相对于外管2热绝缘，从而使导板5在该区域中还是传热面。因为热的气态热媒8在内管3中向上上升，所以内管3和导板5也被加热，因此该内管3和导板5可以一起释放热能。
51.当热媒8达到热源温度范围或相变阈时，热媒8如上所述开始蒸发。通过将热媒8不断地补充到同轴管1的外管2中，越来越多的热媒8实现相变。由此，在端部区段4中以气态形式存在的热媒8不可以在外管2中向上上升。导板也不允许气态热媒8上升。因此，气态热媒8在内管3中上升，尤其是在由烟囱效应形成的负压的驱动下，朝向同轴管1的上端部的方向向上升。在那里，热媒8在扩张部的区域中减压和冷却。不需要技术上的辅助手段或能量输入来降低热媒8的温度，否则会因此使该方法的总效率变差。
52.通过管直径的扩张部，同轴管1的沉入深孔中的下端部与流动有气态热媒8的内管3的最高点之间的温差变大。这再次提高了烟囱效应，其驱动气态热媒8在内管3的内部中加速上升。由此，快速向上流动的气态热媒8获得高的动能。气态热媒8在扩张部中的减压和降温(通过相应地设计几何结构)将热媒8的温度有利地限制到其沸点之上5k，从而使热媒在减压之后还是气态的，并且在没利用热媒8的动能之前，不会发生相变回到液态。
53.气态热媒8具有向上流动的流速，以及因此气态热媒8的动能(质量
×
速度)取决于孔的深度、气态热媒8的温度、气态热媒8的密度以及同轴管1的下端部与流动有气态热媒8的内管3的最高点之间的温差。
54.气态热媒8在出口中的扩张部的区域中从内管3被传送到导管13中，并通过该导管13在地表面上被引导向流体发电机14，该流体发电机14的工作方式类似于风力涡轮机。流体发电机14由流体涡轮机15和与流体涡轮机15直接联接的且由其驱动的用于产生电能的发电机16组成，流体涡轮机15中流动有气态热媒8并旋转。
55.导管13中的阀门17可以用于关闭和选择性地打开导管13，并且必要时，还可以调节通过导管13的流量率。为了启动系统，关闭阀门17，使得通过内管3中上升的不断补充和蒸发的热媒8，使同轴管1的内部的压强和温度持续地升高直到达到为使装置的持续运行所需的值。如果达到了所需的温度和压强，则控制装置自动打开阀门17。因为补充的热媒8持续地在相变阈的区域中进行相变并且因此补充提供气态热媒8，所以温度和压强通过借助泵10而不断补充液态热媒8而得以保持。该方法与具有持续补充流入的供给水的蒸汽锅炉的工作原理类似。
56.在流过流体涡轮机15之后，热媒8在导管18中被继续引导至可选地存在的热交换器19。在那里，可以从气态热媒8中提取其仍含有的热能。该热能可以用于例如地区供热或生产供热。经冷却的、仍为气态热媒8经由另一导管20流回到脱气和存储容器7中。在那里，热媒8发生从气态到液态的相变。脱气和存储容器7例如可以用外部空气冷却。脱气和存储容器7用于热媒8的相变并且同时用作将热媒8输入到同轴管1的外管2中的存储容器。由此，
回路闭合。
57.如果不应该产生电能，则可以通过可利用未详细示出的阀门切换的并且以虚线示出的短接导管21绕过流体涡轮机15并且由此绕过流体发电机14。类似地，当不需要热能时，可以借助未详细示出的阀门激活同样以虚线示出的短接导管22。然后，热媒8在绕过热交换器19的情况下直接从流体涡轮机15导入脱气和存储容器7中。
58.利用附图标记23表示设备厂房，其中容纳有技术装置。
59.在图2至图4中(非常示意性地)示出了本发明的第二可行性构造方案的简图，该简图也以第二构造变型方案示意性地阐述了根据本发明的方法。在基本原理上，在图2至图4所示的变型方案中用于利用地热能的装置类似于图1所示的和上述的变型。就此而言，在图2至图4中也使用相同的附图标记来标记相同的或功能相同的元件。
60.在图2至图4中示出的装置也包括作为核心部件的沉入深井中的同轴管1。在该实施方式中，同轴管1的插入到深井中的端部也是封闭的并且由外管2和内管3构成。在此内管3也比外管2短，使得外管2与内管3在端部区段4中连接。
61.在该实施例中，孔的深度也如以上根据第一实施例所描述的那样来确定尺寸并且具有相同的尺寸。孔的深度也取决于所用热媒实现相变所需要的温度。
62.在该实施例中外管2也可以在第一竖直区段处相对于内管3热绝缘，该第一竖直区段例如可以约为外管2的总长度的2/3。
63.在图2至图4中所示的实施例中，内管2上没有如在前述实施例中那样以螺旋状或蜗杆状朝向端部区段4的方向缠绕的导板5，而是具有以所谓膨胀盘25为形式的、尤其以规则的间距设置的障碍。这些膨胀盘25分别封闭外管2的整个横截面，但是具有贯通喷嘴26，即喷嘴状的、贯穿膨胀盘25的开口。这些贯通喷嘴26尤其可以以锥形的方式构型为在指向为竖直向下的方向上逐渐变窄。因此，膨胀盘25将外管2分成彼此竖直堆叠布置的多个区段，这些区段通过贯通喷嘴26以流体技术的方式连接。
64.在该实施例中，在脱气和存储容器7中也存储有热媒8，该热媒在标准状况下是液态的。该热媒也可以是水，但也可以是例如十二氟
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1。热媒在脱气和存储容器7中以液态存在。借助泵10将液态热媒8通过导管9连续地导入外管2中。在根据图2至图4的实施例中，也可以在导管9中设置阀门(在此未示出)，通过该阀门可以关闭导管9，并且通过该阀门还可以控制热媒8通过导管9的流量率。
65.填充到外管2中的热媒8现在首先自由坠落一个区段，直至其落到第一膨胀盘25上。在那里，因为通过贯通阀门26的流量率相对小，热媒8积聚。通过流入的热媒8的积聚，在膨胀盘25上形成热媒8的竖直的立柱，在该立柱中建立静压。
66.在通过贯通喷嘴26时，实现对热媒8的减压(膨胀)，这随后导致冷却。这导致热媒8又可以更好地吸收来自环境中的热量。
67.现在，热媒8在膨胀盘25上或在穿过贯通喷嘴26时的这种积聚和减压在每个区段的下部区域中或在进入下一个下部区段时重复。通过分别加载在膨胀盘25上的热媒8的立柱的静压，也防止了热媒过早地经历向气相的相变。通过在热媒8穿过贯通喷嘴26时的膨胀而获得的冷却效果也防止过早的相变。
68.在通过布置在外管2中最下部的膨胀盘25的贯通喷嘴26之后，热媒达到相变阈。因此，热媒8通过如上所述吸收端部区段中的热量最终也被加热至在该处存在的条件(压强、
温度)下的沸点，并且现在变成气态。同样，内管3的最下部的区段，例如最后三分之一或者最后的100m，在此可以不与外管2热绝缘，从而使在该区域中的膨胀盘25还可以额外地表现为传热面。因为热的气态热媒8在内管3中向上升，所以内管3和膨胀盘5也被加热，因此也可以一起释放热能。
69.通过设计喷嘴孔26的数量和孔横截面，并且通过供给到外管2中的热媒8的输入率，能够实现对竖立在膨胀盘25上的热媒8的立柱的为使连续地运行设备所需的压强的调节，对于在不同的平面处的膨胀盘25可以选择不同的喷嘴孔26的数量和孔横截面。
70.如果热媒8达到热源温度范围或相变阈，则热媒8在该构造变型方案中也开始蒸发。通过一方面将热媒8不断地补充到同轴管1的外管2中，并且通过以仅保留贯通喷嘴以作为流体连接部的膨胀盘为形式的屏障，防止气态热媒8在外管2中上升。然而，这里也有越来越多的热媒8实现相变。换言之，气态热媒8也在内管3中上升，尤其是在由于烟囱效应而形成的负压的驱动下，朝向同轴管1的上端部的方向上升。在那里，热媒8在通过导管中的扩张部形成的扩散器28的区域中被减压和冷却。这里也不需要技术上的辅助手段并且不需要输入能量来降低热媒8的温度，从而在这里也不会使该方法的总效率变差。
71.通过扩散器28和由此实现的对热媒的冷却，在同轴管1的沉入深井中的下端部与流动有气态热媒8的内管3的最高点之间的温差再次变大。这在此也再次提高了烟囱效应，该烟囱效应驱动气态热媒8在内管3的内部加速上升。由此，在该变型设计方案中快速向上流动的气态热媒8也获得高动能。在此气态热媒8在扩散器28中的减压和降温(通过相应地设计几何结构)也将热媒8的温度有利地限制到其沸点之上5k，使得热媒在减压之后仍是气态的并且在没利用热媒8的动能之前，不会发生相变回到液态。
72.气态热媒8具有向上流动的流速，以及因此在该变型中气态热媒8的动能(质量
×
速度)也取决于孔的深度、气态热媒8的温度、气态热媒8的密度以及同轴管1的下端部与流动有气态热媒8的内管3的最高点之间的温差。
73.从扩散器28中流出的气态热媒8流入流体涡轮机15，所述流体涡轮机旋转并且驱动用于产生电能的发电机16。该电能借助于通过控制装置30控制的变压器31被转换成电压并且必要时利用变频器适配于电网的电网频率，从而可以将电能馈入到电网中。
74.在流过流体涡轮机15之后，热媒被引导到可选地存在的热交换器19。在那里，可以从气态热媒8中提取其仍含有的热能。该热能可以用于例如地区供热或本地供热33。然后在此，经冷却的、仍为气态热媒8也流回到脱气和存储容器7中。在那里，热媒8发生从气态到液态的相变。脱气和存储容器7例如可以用外部空气冷却。脱气和存储容器7用于热媒8的相变并且同时用作将热媒8输入到同轴管1的外管2中的存储容器。由此，回路闭合。
75.同样，该技术设备也主要被容纳在设备厂房23中，控制台32也位于该厂房中，通过该控制台32可以控制和操纵设备。
76.在此，发明人已经计算出，对于这两个实施方式，设备厂房23仅需要约25平方米的占地面积来容纳设施所需的技术装置，以便实现具有约2.5mw额定功率的设备。另一个优点在于相对较高的密度，在某一块地面内，可以以该密度实施根据本发明的设备。在此，本发明人已经计算出，仍然对于这两个实施变型方案的设备而言，每平方公里4个设备的密度是可行的。这明显多于传统的地热设备的情况，传统的地热设备在侧部需要远大于此的覆盖区域。
77.根据本发明的方法和实施该方法的装置的独特特征和优点是：
78.●
将同轴管引入深处。
79.●
在同轴管的外管中引入(例如在那里泵入)液态热媒，该热媒(在1000mbar的常压下)在40℃和120℃之间的温度下(尤其在较低的温度下，例如在40℃和60℃之间)蒸发。对于在常压的情况下，在低温下，例如在40℃和60℃之间蒸发的热媒，在同轴管中相对较小的深度已经出现相变，例如从1300m至1400m的深度开始相变。
80.●
在同轴管的内管的外壁上直至出现相变(相变阈)的深度处，可以固定、尤其是焊接(类似于竖直的管形蜗杆)导引结构，例如螺旋形的导板，或者固定贯穿有喷嘴孔的屏障，例如膨胀盘。在螺旋形导板的情况下，绕圈的陡度影响热媒达到相变阈所需的时间。在贯穿有喷嘴孔的屏障的情况下，喷嘴孔的孔横截面和相邻的屏障之间的距离也决定了所需的时间。
81.●
如果设置有导板，则向心力(离心力)作用到液态热媒上，从而使热媒在向下流动时被压到外管的内侧上并且由此产生摩擦热。
82.●
内管可以相对于外管热绝缘，以便防止或至少减少热量从在内管中引导的气态热媒传递到在外管中流动的液态热媒。可以在同轴管的最下区段中，例如在最下部的100m中，省略这种绝缘，使得深处的热能传递到导板的绕圈，并且使这些绕圈表现为附加的传热面。
83.●
液态热媒，在通过特定孔深度中的地热能而提供的沸点温度下，到达相变阈。
84.●
热媒变成气态，并且由于其较小的密度而在外管中有向上升高的趋向。然而，由于持续补充液态热媒以及通过挡板的绕圈防止了这种情况。
85.●
通过不断地将液态热媒补充到外管中，在端部区段的区域中持续地产生新的气态热媒。气态热媒填充了相变阈所处的区域与外管中同轴管的最下端部之间的空间，并一直填充到内管的封隔单元。
86.●
持续一定的可控制时间之后，(例如通过热媒的填充量控制)同轴管中的压强和温度升高。不需要将经济产率降低的技术辅助手段来提高温度和压强，所述技术辅助手段例如压缩机或压缩器。
87.●
如果现在打开同轴管的封隔单元，则气态热媒由于烟囱效应在内管中升高。通过在同轴管的端部区段中的气态热媒的温度和流动有气态热媒的内管中的最高点处的温差产生该烟囱效应。因此，气态热媒在内管中高速向上流动。
88.●
为了获取更高的温差并且由此加强烟囱效应，可以在同轴管的上端部(头部)处使用内管处的管直径的扩大部。内管的最上部的端部区段，例如最上部的50m不存在热绝缘，这样也可以有助于加强烟囱效应，因为在那里仍冷的液态热媒可以有助于连带冷却那里流过的气态热媒。
89.●
气态热媒的高动能在流体涡轮机(例如可以是类似于风力涡轮机)中被转换成转动动能并且被用于驱动电气的发电机。由于气态热媒的高动能，该涡轮机可以在经济上有利的情况下被制造得比蒸汽涡轮机或升流式涡轮机更小，更紧凑。
90.●
气态热媒中的热能可以附加地借助热交换器用于供热或用作生产热。
91.●
在该新方法中，地热能仅用于触发热媒的相变。
92.●
气态热媒的高动能用于产生能量(电能和/或热能)，该高动能是通过摩擦热量、
地热能、随着蒸发热的相变、温度和压强增加以及烟囱效应得到。
93.●
新的方法优选在闭合回路中进行，使得不必将热媒引入地下并且也不会造成环境危害或地下水污染。
94.●
如果使用具有低沸点的热媒，则与热媒的低沸点相对应的低热源温度就已足够，该低的热源温度利用已知的地热方法既不能直接用于供应热能也不能用于产生电能。
95.●
热媒的密度以及同轴管的最低点与流动有气态热媒的导管的最高点之间的高度差也有很大影响。
96.●
可选择具有低沸点的热媒，促使降低所需的钻孔深度。因此，该方法在很多地区中都能非常经济地应用，在这些地区中，迄今为止的地热方法由于必要的钻孔深度是不经济的。
97.●
通过实施该新方法，可以利用由此获取的电能，在陆地上以及海上运营用于例如载重车、公共车、私家车、船、旅游船、渡轮的充电站，并且以此对减少排放co2做出显著贡献。
98.●
可以非常灵活地选择位置，因为根据本发明的方法没有特别的位置要求(例如存在于温泉、浅水或透水层/岩石或在高温的较低深度中)。
99.附图标记
100.1 同轴管
101.2 外管
102.3 内管
103.4 端部
104.5 导板
105.6 扩张部
106.7 脱气和存储容器
107.8 热媒
108.9 导管
109.10 泵
110.11 入口
111.12 阀门
112.13 导管
113.14 流体发电机
114.15 流体涡轮机
115.16 发电机
116.17 阀门
117.18 导管
118.19 热交换器
119.20 导管
120.21 短路导管
121.22 短路导管
122.23 设备厂房
123.25 膨胀盘
124.26 贯通喷嘴
125.27 箭头
126.28 扩散器
127.29 扩散器
128.30 控制装置
129.31 变压器
130.32 控制台
131.33 地区/本地供热