[發(fā)明專利]一種提取利用地熱能的裝置及方法

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• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105674608A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 姚國敏
• 申請（專利權）人: 姚國敏
• 主分類號: F24J3/08
• 分類號: F24J3/08
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發(fā)明涉及新能源利用領域，尤其涉及一種提取利用地熱能的裝置及方 法。

背景技術

目前，全世界都在尋找綠色能源。太陽能、風能已經(jīng)較為普及，地熱能 也引起了人們的廣泛關注。地熱資源主要分為水熱型和干熱巖型，其中，中 高溫干熱巖地層或高梯度地溫地層，在地球上的蘊藏量非常豐富。然而，地 熱技術的開發(fā)卻不盡人意。

因為干熱巖不具有滲透性及沒有孔隙，儲層位置深等特性，目前的技術 多為人為壓裂制造地層裂縫，利用注水產(chǎn)出的方法。通常需要多口井配合使 用，例如，在注入井高壓注入溫度較低的水，使水沿著巖石的人為裂縫流動； 同時在另一位置鉆一個或多個井用于回收高溫水、汽等。耗費較多、并且存 在著利用效率低、設備復雜、成本高等問題，具體表現(xiàn)在：地熱提取效率一 般在1-5％左右，地下?lián)Q熱損失流體率高(大約在7％-12％之間)。因此，急需 一種效率高、結構簡單、成本低的地熱能提取技術。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明提供一種提取利用地熱能的裝置及 方法，可以用于地下干熱巖地區(qū)或者地溫梯度較高的地區(qū)實現(xiàn)地熱能的大面 積開發(fā)，具有效率高、結構簡單、成本低等優(yōu)點。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種提取利用地熱能的裝置，包括：井筒、外管、進液管、出液管和換 熱裝置；井筒的頂端和底端均開口，并且井筒的底部深入地熱源巖層，所述 井筒以及外管內(nèi)裝有第一液體介質(zhì)；

外管的頂部封閉，底部開口；所述外管套設于井筒內(nèi)，所述外管通過固 井水泥環(huán)與井筒固定，所述外管的上部為換熱段，所述外管的中部為保溫段， 所述外管的下部為吸熱段，所述吸熱段位于地熱源巖層內(nèi)；與外管換熱段對 應的位置的外側(cè)設有換熱裝置，所述換熱裝置內(nèi)裝有第二液體介質(zhì)；

所述出液管的一端與外管的內(nèi)部連通，所述出液管的另一端與外部的供 熱系統(tǒng)的進液口連接；

所述進液管的下端從外管的頂部伸入至外管底端或底端以下并和第一 液體介質(zhì)相連通，所述進液管的上端與外部的供熱系統(tǒng)的出液口連接。

本發(fā)明的有益效果是：在井筒內(nèi)設置外管，外管中部為保溫段，外管的 上部為散熱段，外管的下部為吸熱段，外管的放置深度，可以根據(jù)地熱源段 地層井壁巖石的特性決定，如果地熱源巖層是高密度致密巖層，井筒非常規(guī) 則，外管的底部可以放置在地熱源巖層的頂部下方。此種設計可以節(jié)約外管 的用量，同時擴大了吸熱段的井筒直徑，吸熱效率可以明顯提高。井筒以及 外管內(nèi)的第一液體介質(zhì)經(jīng)地熱源巖層高溫加熱后，部分液體發(fā)生相變，成為 蒸汽分子，產(chǎn)生高溫蒸汽氣流，向井筒的頂部快速上升，由于蒸汽分子處于 紊亂的熱運動的狀態(tài)，和外管的管壁以及第一液體介質(zhì)的液面發(fā)生碰撞，部 分蒸汽分子重新返回至第一液體介質(zhì)中，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進行，外管內(nèi)的蒸 汽分子密度不斷增大，最后達到飽和狀態(tài)。外管的頂部封閉，使外管內(nèi)的壓 力增大，溫度上升。而由于保溫段的設置，使得在蒸汽分子傳遞過程中熱損 失幾乎為零。飽和蒸汽達到穩(wěn)定狀態(tài)后，井筒內(nèi)第一液體介質(zhì)的頂部和底部 的溫度基本接近。一部分飽和蒸汽的熱量傳遞至散熱段時，對換熱裝置中的 第二液體介質(zhì)進行加熱，第二液體介質(zhì)加熱沸騰之后可用于發(fā)電、供熱等一 切用于需要熱源的場合。還有一部分的飽和蒸汽通過出液管，輸送至外部的 供熱系統(tǒng)中用于供熱。同時，進液管一端與外部的供熱系統(tǒng)連接，進液管的 另一端與外管的內(nèi)部連接，通過進液管的設置使供熱系統(tǒng)產(chǎn)生的相對溫度較 低的介質(zhì)(例如水)，再進入至外管內(nèi)，通過高壓泵進行循環(huán)利用。

上述過程中，如果加熱時間較短，或者地熱源巖層的溫度不是特別高時， 外管內(nèi)部經(jīng)加熱后的第一液體介質(zhì)，可以以液體的形式直接經(jīng)出液管進入到 供熱系統(tǒng)中。

本發(fā)明只需要一個井筒、一個進液管、一個出液管、一個外管就可以實 現(xiàn)上述過程，占地面積??；采用外管或裸眼井筒直接使第一液體介質(zhì)吸收地 熱，不需要其他導熱物質(zhì)傳遞熱能，第一液體介質(zhì)受熱表面積大，吸熱率明 顯增加。

本發(fā)明提取地熱能的技術，提取地熱能在百分之九十以上，熱損失在百 分之十以下。

因此，本發(fā)明所述的提取利用地熱能的裝置，具有結構簡單、成本低、 產(chǎn)熱高等優(yōu)點。無論是發(fā)電或供熱，都無需地下水的產(chǎn)出和注入，真正實現(xiàn) 了無污染和零排放。

在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。