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CN101696829A - 地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用 - Google Patents

地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用，其中的地热能远距离传热储能的方法，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器吸收地球深部的高温岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热区段真空保温管中的传热管使潜热蒸汽源源不断传递给安放在储热蓄能罐内的放热段中的放热器，通过放热器壁将汽化潜热源源不断的传递给储热蓄能罐中的低温液体，完成热能交换。本发明提供的方法克服了常规抽取地下水源蒸汽所存在的热能损失问题，应用此方法可以在远距离传输传递热能过程中降低热能源损失，充分利用地热能。

Description

地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用
技术领域：本发明涉及的是将地表下地球内部高温干热岩石浆体中蕴藏的巨大热能通过重力真空热管远距离的传递给地面上储热蓄能罐或储能蒸汽包再利用的方法，具体涉及的是地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用。
背景技术：地球自身的热能对人类来说是取之不尽且廉价环保的能源，现以开发引用的地热技术，如地热发电，地热采暖，地热水热源泵等技术，都是将地下潜藏的热水或热蒸汽通过地热井抽取引导至地面再进行利用，在抽取或引导深部热能时要经过上千米低温区段带到地面时大部分热能都损失在低温区段路途中，尤其在地下3000米至5000米以下120度～300多度的高温区很难找到大量自然形成的地下水泉蒸汽热库，所以只限于有自然温泉的地方，效率低，投资大，尤其是采取回灌技术后对地下水源构成威胁与污染，制约了地热技术的广泛应用与发展。
发明内容：本发明的目的是提供一种地热能远距离传热储能的方法，此方法克服了常规抽取地下水源蒸汽所存在的热能损失问题，应用此方法可以在远距离传输传递过程中降低热能源损失，无需采取抽取地下热水能或蒸汽能的方法，本发明的另一个目的是提供地热能远距离传热储能装置；本发明的第三个目的提供了地热能远距离传热储能的方法的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地热能远距离传热储能的方法，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器吸收地球深部的高温岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热区段真空保温管中的传热管使潜热蒸汽源源不断传递给安放在储热蓄能罐内的放热段中的放热器，通过放热器壁将汽化潜热源源不断的传递给储热蓄能罐中的低温液体，完成热能交换；将储热蓄能罐中的液体始终控制在低于来自地热能井下蒸汽温值的温度，这样蒸汽遇冷后又变成液体，在重力的作用下使液体沿着传热管管壁或冷凝回流管又返回至井下吸热蒸发器中进行吸热蒸发再循环，由于重力真空热管传热装置内部是真空环境，在传热过程中蒸发冷凝可实现高速循环，这样周而复始的就可以把大量的地热能量源源不断的传递给地面的储热蓄能罐里的液体工质或水中，再利用。
一种地热能远距离传热储能的方法，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器吸收地球深部的高温岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热区段真空保温管中的传热管，将潜热蒸汽源源不断地传递给储能蒸汽包再利用。
一种地热能远距离传热储能装置包括地热井、重力真空热管传热装置、储热蓄能罐，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器置入深层地热井中，重力真空热管传热装置的放热器插入地面的储热蓄能罐中；重力真空热管传热装置是由吸热蒸发器、传热管、放热器构成的真空密闭循环系统，其内装有低沸点介质或水，吸热蒸发器在下端，放热器在上端，中间为传热管，传热管置于真空保温管内。
上述方案中吸热蒸发器、传热管、放热器直接依次连通。
上述方案中吸热蒸发器与放热器通过冷凝回流管与传热管构成的套管连接，冷凝回流管套在传热管外，二者底端的环形空间内安装单向阀，传热管插入放热器中。
上述方案中吸热蒸发器、传热管、放热器直接依次连通，吸热蒸发器与放热器之间还连接有冷凝回流管，冷凝回流管的底部安装单向阀。
上述方案中重力真空热管传热装置中液体工质可以是甲醇、乙醇、R11等低沸点物质或水等。
上述地热能远距离传热储能的方法，用于为汽轮机提供蒸汽，推动汽轮机发电，此时需要将储热蓄能罐的水加热成蒸汽，而发的电用于电冶炼、电解水、电解铜、电解铝、电解锌、蓄电池充电站、油田采油。
上述地热能远距离传热储能的方法，用于为洗浴或采暖提供热水。
有益效果：本发明提供的方法克服了常规抽取地下水源蒸汽所存在的热能损失问题，应用此方法可以在远距离传输传递过程中降低热能源损失，无需采取抽取地下热水能或蒸汽能的方法就可将地表下地球内部高温干热岩石浆体中蕴藏的巨大热能传递到地面再利用。
附图说明：
图1是本发明实施例1的装置结构示意图；
图2是本发明实施例2的装置结构示意图；
图3是本发明实施例3的装置结构示意图；
图4是本发明实施例4的装置结构示意图；
图5是本发明实施例5的装置结构示意图；
图6是本发明实施例6的装置结构示意图；
图7是本发明实施例7的装置结构示意图；
图8是本发明方法应用的结构示意图。
1吸热蒸发器、2传热管、3放热器、4地热井、5储热蓄能罐、6真空保温管、7冷凝回流管、8单向阀、9低温介质或水、10传热充填物、11地热流、12高温液体外输管、13低温液体返回管、14储能蒸汽包、15外输蒸汽管、16汽轮机、17回液管、18冷却塔、19热交换器、20循环泵21孔
具体实施方式：
结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1：
这种地热能远距离传热储能的方法，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器1吸收地球深部的高温岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器1中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热区段真空保温管6中的传热管2使潜热蒸汽源源不断传递给安放在储热蓄能罐5内的放热段中的放热器3，通过放热器3器壁将汽化潜热源源不断的传递给储热蓄能罐5中的低温液体，完成热能交换；将储热蓄能罐5中的液体始终控制在低于来自地热能井下蒸汽温值的温度，这样蒸汽遇冷后又变成液体，在重力的作用下使液体沿着传热管2管壁或冷凝回流管7又返回至井下吸热蒸发器1中进行吸热蒸发再循环，由于重力真空热管传热装置内部是真空环境，在传热过程中蒸发冷凝可实现高速循环，这样周而复始的就可以把大量的地热能量源源不断的传递给地面储热蓄能罐5里的液体工质或水中。
如图1所示，这种地热能远距离传热储能装置包括地热井4、重力真空热管传热装置、储热蓄能罐5，地热井4需打钻在地面2000米以下，下入钢制或水泥制成的套管即可制成地热井，井的直径越大、井深越深，取得地热流11的能量就越大，为了提高传热效率，使岩层中的热量更好地通过传热充填物10传导给吸热蒸发器1，在地热井4套管的下部与吸热蒸发器1相对应的部位设计了一些小孔21。重力真空热管传热装置的吸热蒸发器1置入深层地热井4中，地热井4与蒸发器1之间放入传热充填物10，传热充填物10可以是水，重力真空热管传热装置的放热器3插入地面的储热蓄能罐5中；重力真空热管传热装置是由吸热蒸发器1、传热管2、放热器3构成的真空密闭循环系统，吸热蒸发器1、传热管2、放热器3直接依次连通，吸热蒸发器1在下端，放热器3在上端，中间为传热管2，传热管2置于真空保温管6内，放热器3为椭圆状的，其外有翅片，吸热蒸发器1、传热管2、放热器3内部抽为真空环境后，再依据实际需要压入一定量的液体(蒸发与冷凝)循环工质或水，即低温介质或水9；储热蓄能罐5为带有真空保温层的罐体，其设有高温液体外输管12、低温液体返回管13、外输蒸汽管15，低温液体返回管13处设置单向阀和循环泵20，另外，本实施例中储热蓄能罐5中还有一热交换器19，热交换器19也设有高温液体外输管12、低温液体返回管13，热交换器19位于放热器3的上方，这样可以更好地提高放热器3的散热效率。这种地热能远距离传热储能装置从下到上可分为三个区段，吸热蒸发器1所处的部分为吸热蒸发区段，地热井在该区段放入了传热充填物10，传热管2所处的部分为绝热区段，储热蓄能罐5和放热器3所处的部分为放热区段。
吸热蒸发器1吸收地热后，低温介质蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向放热器3，并在放热器3放出热量凝结成为液体，冷凝液在自身重力作用下沿传热管2管壁向下返回至吸热蒸发器1，如此循环不已，热量就由地下被传送到地面上，大量热量可以通过很小的横截面积实现远距离输送而无需外加动力，又由于绝热段有真空保温管6的保温，地下热能传递至地上时热量损失很小，能充分地利用地热能，将储热蓄能罐5中的低温液体汽化或加温并加以利用，从而非常方便地将地热能传导至地面上，根据需要使用。
实施例2：
本实施例方法与实施例1相同，省略。
图2是本发明实施例2的装置结构示意图，如图所示，该装置与实施例1的装置不同之处在于，储热蓄能罐5安放在地表下，热交换器19缠绕在放热器3上，这样可以提高传热效率，使更多的热量通过热交换器19传递出去。
实施例3：
本实施例方法与实施例1相同，省略。
图3是本发明实施例3的装置结构示意图，如图所示，该装置与实施例1的装置不同之处在于，放热器3为U型的，储热蓄能罐5内没设置热交换器19。
实施例4：
本实施例方法与实施例1相同，省略。
图4是本发明实施例4的装置结构示意图，如图所示，该装置与实施例1的装置不同之处在于，放热器3为方型的，向下倾斜放置在储热蓄能罐5内，吸热蒸发器1与放热器3的底部之间还连接有冷凝回流管7，冷凝回流管7插入放热器3中，冷凝回流管7的底部安装单向阀8，通过单向阀8冷凝液可以流回吸热蒸发器1。储热蓄能罐5内没设置热交换器19。
实施例5：
本实施例方法与实施例1相同，省略。
图5是本发明实施例5的装置结构示意图，如图所示，该装置与实施例1的装置不同之处在于，放热器3为圆型的，吸热蒸发器1与放热器3通过冷凝回流管7与传热管2构成的套管连接，冷凝回流管7套在传热管2外，二者底端的环形空间内安装单向阀8，传热管2插入放热器3中。储热蓄能罐5内没设置热交换器19。
实施例6：
本实施例方法与实施例1相同，省略。
图6是本发明实施例6的装置结构示意图，如图所示，该装置与实施例1的装置不同之处在于，吸热蒸发器1为U型的，放热器3由两根水平管之间并排连接竖管组成，吸热蒸发器1与放热器3的底部之间还连接有冷凝回流管7，冷凝回流管7与吸热蒸发器1连接为一体，二者的连接处安装单向阀8。储热蓄能罐5内没设置热交换器19。
实施例7：
本实施例方法与实施例1相同，省略。
图7是本发明实施例7的装置结构示意图，如图所示，该装置与实施例1的装置不同之处在于，吸热蒸发器1为U型的，其中一侧管为螺纹状的，放热器3也为螺纹状的，吸热蒸发器1与放热器3的底部之间还连接有冷凝回流管7，冷凝回流管7与吸热蒸发器1连接为一体，二者的连接处安装单向阀8，通过单向阀8冷凝液可以流回吸热蒸发器1。储热蓄能罐5内没设置热交换器19。
实施例8：
图8是本发明方法应用的结构示意图，如图所示，这种方法应用于推动汽轮机发电，为了提高蒸汽发生量，将各装置并联使用，如其中一套装置的储热蓄能罐5安装在地面上，与其相邻的一套装置的储热蓄能罐5安装在地面下，二者的蒸汽都汇入储能蒸汽包14中，另外四套装置与它们使用地热能远距离传热储能的方法有所不同，这四套装置取消了放热器3和储热蓄能罐5，它们由吸热蒸发器1、传热管2、储能蒸汽包14、冷凝回流管7构成，传热管2直接连接到储能蒸汽包14，与另外冷源连接的冷凝回液管7连接至吸热蒸发器1，这种地热能远距离传热储能的方法为：吸热蒸发器1吸收地球深部的高温岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器1中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热区段真空保温管6中的传热管2使潜热蒸汽源源不断传递给储能蒸汽包14；由于储能蒸汽包14中汇集了大量的蒸汽，为了利用蒸汽，将储能蒸汽包14通过外输蒸汽管15与汽轮机16连接起来，用这些蒸汽推动汽轮机16发电，蒸汽做功变为液体后进入冷却塔18，冷却后的液体经回液管17又可以进入储热蓄能罐5或吸热蒸发器1，如此往复循环，利用本发明提供的地热能储能方法发电。另外，冷却塔18中的冷却器还可埋入地下或放入江河湖海中散热，本发明中的地热井还可利用2000米以下的闲置报废井、油气井。

Claims (9)

1.一种地热能远距离传热储能的方法，其特征在于：这种地热能远距离传热储能的方法，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器(1)吸收地球深部的高温岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器(1)中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热区段真空保温管(6)中的传热管(2)使潜热蒸汽源源不断传递给安放在储热蓄能罐(5)内的放热段中的放热器(3)，通过放热器(3)壁将汽化潜热源源不断的传递给储热蓄能罐(5)中的低温液体，完成热能交换；将储热蓄能罐(5)中的液体始终控制在低于来自地热能井下蒸汽温值的温度，这样蒸汽遇冷后又变成液体，在重力的作用下使液体沿着传热管(2)管壁或冷凝回流管(7)又返回至井下吸热蒸发器(1)中进行吸热蒸发再循环，由于重力真空热管传热装置内部是真空环境，在传热过程中蒸发冷凝可实现高速循环，这样周而复始的就可以把大量的地热能量源源不断的传递给地面的储热蓄能罐(5)里的液体工质或水中，再利用。
2.一种地热能远距离传热储能的方法，其特征在于：这种地热能远距离传热储能的方法，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器(1)吸收地球深部的高温岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器(1)中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热区段真空保温管(6)中的传热管(2)，将潜热蒸汽源源不断地传递给储能蒸汽包(14)再利用。
3.一种地热能远距离传热储能装置，其特征在于：它包括地热井(4)、重力真空热管传热装置、储热蓄能罐(5)，重力真空热管传热装置的吸热蒸发器(1)置入深层地热井(4)中，重力真空热管传热装置的放热器(3)插入地面的储热蓄能罐(5)中；重力真空热管传热装置是由吸热蒸发器(1)、传热管(2)、放热器(3)构成的真空密闭循环系统，其内装有低沸点介质或水，吸热蒸发器(1)在下端，放热器(3)在上端，中间为传热管(2)，传热管(2)置于真空保温管(6)内。
4.根据权利要求3所述的地热能远距离传热储能装置，其特征在于：所述的吸热蒸发器(1)、传热管(2)、放热器(3)直接依次连通。
5.根据权利要求3所述的地热能远距离传热储能装置，其特征在于：所述的吸热蒸发器(1)与放热器(3)通过冷凝回流管(7)与传热管(2)构成的套管连接，冷凝回流管(7)套在传热管(2)外，二者底端的环形空间内安装单向阀(8)，传热管(2)插入放热器(3)中。
6.根据权利要求3所述的地热能远距离传热储能装置，其特征在于：所述的吸热蒸发器(1)、传热管(2)、放热器(3)直接依次连通，吸热蒸发器(1)与放热器(3)之间还连接有冷凝回流管(7)，冷凝回流管(7)的底部安装单向阀(8)。
7.根据权利要求3所述的地热能远距离传热储能装置，其特征在于：在所述的地热井(4)套管的下部与吸热蒸发器(1)相对应的部位设计了一些小孔(21)。
8.一种权利要求1或2所述的地热能远距离传热储能的方法，其特征在于：该方法用于为汽轮机提供蒸汽，推动汽轮机发电，发的电用于电冶炼、电解水、电解铜、电解铝、电解锌、蓄电池充电站、油田采油。
9.一种权利要求1或2所述的地热能远距离传热储能的方法，其特征在于：该方法用于为洗浴或采暖提供热水。
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