194607. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés földhő hasznosítására
1 194 607 2 A találmány talajhő hasznosítására szolgáló eljárásra és berendezésre vonatkozik. A találmány elsősorban a földhő kis mélységből (néhány 10 m) és közepes mélységből (több 100 m) történő kinyerésére és hasznosítására irányul. Jelenleg a földhő hasznosításán általában a geotermikus energia kinyeréséhez nagymélységű (több 1000 m-es) kútra, kútpárra, illetve kútrendszerre van szükség, amelyek segítségével a nagyobb mélységben húzódó földrétegekben tárolt hőt termálvízhőhordozóval vagy más módszerrel hozzák a felszínre. A felszínhez viszonylag közel, kis és közepes mélységben húzódó kőzetekben, homokos, agyagos és más talajrétegekben, illetve ezek repedéseiben, pórusaiban levő vizek hőtartalmának, az ún. földhőnek a felszínre hozására tudomásunk szerint rendszerelvű, komplex eljáráson alapuló kialakult gyakorlat még nincs, részfeladatok megoldására azonban ismeretesek különféle módszerek. Néhány 100 m-es kútból például anyagkihozatal nélküli hőenergiatermelésre irányuló megoldás ismerhető meg a T/36911 számú magyar szabadalmi bejelentésből, amely szerint a zárt kútba hőhordozó közeget táplálnak, azt a föld hőtartahnáva! elpárologtatják, és az ezáltal nyert hőmennyiséget hozzák a felszínre és hasznosítják. Az ilyen típusú, a földhőt közvetett úton kitermelő berendezéseket hőkutaknak nevezik a szakterületen, és a jelen találmányi leírásban a továbbiakban mi is ezt a megnevezést alkalmazzuk. Az ilyen hőkutaknak egyébként az a hátránya, hogy a jelzett mélységek esetén kicsi a teljesítményük. Ismeretes olyan hőhasznosítási módszer is, amely szerint felszíni vizek - például tavak -, illetve kis mélységű kutak vizét, amely például vízigények kielégítésére használható, kitermelik, hötartalmát hőszivattyúval hasznosítják. Az ilyen megoldások hátránya a hőszivattyú (külön gépi berendezés, külső energiabetáplálás) alkalmazásának a szükségessége. Javasollak olyan megoldást is növényházak temperálására, amely szerint a kutakból kitermelt vizet a növényház felületein végigcsorgatják, és a lehűlt vizet a talajba visszabocsátják. Ezek a megoldások azonban önmagukban (hőszivattyú nélkül) nem megfelelően hatékonyak, legfeljebb temperálást tesznek lehetővé, ezért alkalmazhatósági területük igen korlátozott. A találmány feladata, hogy földhő kitermelésére és - különösen mezőgazdasági célú - hasznosítására olyan megoldást szolgáltasson, amely a jelenleg ismert hasonló célú megoldásoknál lényegesen gazdaságosabb. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy amennyiben hőkutak és víztermelő kutak telepítését és üzemeltetését oly módon kombináljuk, hogy a víztermelő kutak szivattyúzásával a talajvizek a hőkutakra áramlását idézzük elő, a jobb hőátadási viszonyok miatt növekszik a hőkutak teljesítménye. Ennek köszönhetően a felszínen kinyerhető és hasznosítható egyrészt a kiszivattyúzott víz hőtartalma, másrészt a hőkutaké. E felismerés alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek során a földből vizet termelünk ki, és annak hőtartalmát — például növényház fűtésére — hasznosítjuk, és amely eljárásra az jel- 5 lemző, hogy a vízfelhozatallal eszközölt közvetlen hőkitermeléssel célszerűen egyidejűleg közvetett úton hőkutakkal is földhőt termelünk ki, mimellett vízkitermeléssel a földben a hőkutakra irányuló vízáramlást idézünk elő. Célszerű, ha a kitermelt víz 10 legalább egy részét a hőtartalma egy részének elvonását követően a földbe sajtoljuk úgy, hogy e művelettel a vizet hőkut(ak) környezetébe juttatjuk vissza, előnyösen a vízvisszasajtolással a hőkut(ak)ra irányuló vízáramlást intenzifikáfjuk, és ezál- 15 tál a vízáramlás révén előidézett konvektiv hőáram fokozásával a hőkut(ak) közvetett hőnyereségét megnöveljük. Az eljárás egy előnyös foganatosítási módja szerint a kitermelt vizet a felszínen — célszerűen napenergia által — előnyösen szezonálisan, 2° főként nyári időszakban felmelegítjük, és a felmelegitett víznek a hőkut(ak) környezetébe, a földbe való vísszasajtolásával a felmelegített víz hőtartalmát a földben - ugyancsak szezonálisan — tároljuk, és e hőtartalom legalább egy részét más idő- 25 szakban — előnyösen fűtési idényben - hasznosítjuk. Egy másik találmányi ismérv szerint a felszínre hozott, és hőtartalmának megváltoztatása után visszasajtolásra (recirkuláltatásra) kerülő víz minőségét — előnyösen folyamatosan — ellenőrizzük, és — a felszín alatti vizek minőségének a védelme érdekében — szükség szerint javítjuk (kezeljük). Amennyiben erre szükség van, a felszínre hozott vizet, vagy annak egy részét - a közvetlen hőle- 35 adást követően - vízigények, például vízellátási vízigények kielégítésére hasznosítjuk. A találmány szerinti berendezésnek (rendszernek) víztermelő egysége(i) és hőfogyasztói létesítménye^) van(nak), és e berendezésre az jellemző, 40 hogy a víztermelő egység(ek) által a földben előidézett vízáramlás zónájába telepített, közvetett hőkitermelésre alkalmas hőkútja(i) van(nak). Előnyös, ha a berendezésnek egymástól távközzel elrendezett sorokban vagy/és csoportokban telepített víz- 45 termelő egységei, célszerűen szivattyús víztermelő kútjai és víznyelői, előnyösen víznyelő kútjai vannak, és az e víztermelő egységek és víznyelők közötti tartományban vannak hőkutak telepítve; célszerűen a víztermelő egységeken kívül eső tartomány- 50 ban is vannak hőkutak telepítve. A berendezés egy előnyös kiviteli alakjára az jellemző, hogy a víztermelő egységek, különösen kutak ágvezetékekkel gerincvezetékre vannak kötve, amely vezeték például hőcserélőt és hőszivattyút tartalmazó közvet- 55 len hőhasznosító egységhez kapcsolódik; a hőkutak ugyancsak ágvezetékekkel gerincvezetékre vannak kapcsolva, amely közvetett hőhasznosítc egységbe torkollik; és a berendezés az e hőhasznosító egységekkel funkcionális kapcsolatban álló szabá- 60 lyozóintegráló egységgel rendelkezik, amely a fogyasztói létesítménnyel, célszerűen növényházzal áll kapcsolatban. Általában a víznyelők ágvezetékekkel gerincvezetékre vannak kapcsolva, amely gerincvezeték szivattyús recirkuláltató egységhez 2
