萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法及裝置的製作方法

2023-12-09 15:45:01

專利名稱：萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是將地表下3萬多米深處蘊藏於乾熱巖石漿體中的巨大 熱能資源，通過單深井大口徑重力真空熱管循環管將地下高品位上千度的高溫熱能(地熱 能)遠距離的傳遞至地面上再利用的方法及裝置，具體涉及的是萬米單深井重力真空輔助 熱管循環乾熱巖發電方法及裝置。
背景技術：
地球地表下3萬多米的深度是以上千度高溫形態存在的，主要是蘊藏 在巖石漿體之中，而這一高溫熱能主要是來自地球中心部距離地面6300多公裡6000多度 原子核不斷的衰變，所發生的熱核反應通過傳導、對流、輻射的形式傳向地表散發至大氣層 太空宇宙之中負270多度的無限低溫環境(依據熱力學理論，熱只能向冷的方向傳導)，溫 差越大，轉換的能量和功就越多，地熱發電也是這樣，井越深，所獲取的溫度值就越大，如何 利用這一天然巨大的取之不盡的熱能資源就是本發明的方法與裝置，要回答這一具有革命 性的技術問題，就需要了解現有技術所存在的弊端和為什麼不具有實際應用性。現有地熱 包括乾熱巖技術主要體現在以下幾個方面，一是只能利用自然存在的天然裂縫擠出的溫泉 和氣泉，因服務年限短熱力資源分布少有局限性；二是地熱井井深潛井管口徑小，熱通量能 力低地熱溫度品位低，經濟價值低，只局限於節能環節的應用範圍；三是現有的乾熱巖石地 熱發電技術局限在2000 6000米巖層範圍，層內段是低中溫品位的熱層，大多採取的是注 水抽水雙井循環的方法，資金投入大，熱能損失大，做功出力少，沒有經濟推廣價值，該深井 地熱發電裝置與方法，正是總結了雙井循環或水平井幹熱巖發電技術注水抽水的方法，雖 然有試驗井的試驗，但都會遇到高溫水結垢、失水率高、服務年限短的問題，而至今不能推 廣和使用；四是由於現有的鑽井技術鑽井費用居高不下，鑽進深度有局限性，制約了獲取超 萬米深度500 1500°C或者1500°C以上高品位熱能的實現，正因獲取這一地下高溫熱能的 鑽井技術還未出現，使眾多的創新想法與方法望而卻步。本發明提供的方法，創造性的提出 超萬米遠距離傳遞地下上千溫度乾熱巖漿體熱能的方法，它的新穎性在於解決利用抽真空 傳熱隔溫和輔助伴熱的方法，可大大減少傳遞熱能過程中熱能損失的問題，它的實用性主 要體現在無外部動力只靠單井自身熱力循環，降低了投入成本，使該發明的技術方法與裝 置具有了廣泛的實際應用性與推廣的價值性，在此基礎上本發明人同時發明了以高溫高壓 空氣為循環介質傳遞動能及熱能噴射破巖的方法及技術設備使鑽井口徑可達1000毫米以 上，堪稱一場鑽井技術的革命，他將以無鑽杆、無鑽頭的方式，鑽進深度可達3萬多米的鑽 井技術將展現在人們眼前，為大力開發地球深部萬米以下的乾熱巖漿體中上千度巨大高品 位熱能資源奠定了技術保障，為改變能源結構開發、利用綠色環保型可持續(地熱)資源開 闢了新的技術道路。

發明內容
本發明的目的是提供一種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發 電方法，此方法克服了常規注水抽水雙井循環的方法，資金投入大，熱能損失大，做功出力 少的問題，本發明的另一個目的是提供萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法 使用的裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是這種萬米單深井重力真空輔助熱管 循環乾熱巖發電方法，吸熱蒸發器吸收地下萬米以下的500-1500°C之間或者1500°C以上的高溫熱能，其內介質蒸發後產生高壓蒸汽，高壓蒸汽沿主傳熱蒸汽管在輔助重力熱管中 熱浪的包繞下，高速上升至地面，推動蒸汽輪機做功發電，發電後，氣體被冷凝，冷凝後的液 體通過泵，泵入回液管，液體在回液管中底部單向閥配合下，形成重力液柱進入吸熱蒸發器 中吸熱進行二次循環，周而復始將蘊藏於地下巖石漿體中的高溫熱能轉變為高壓蒸汽，推 動蒸汽輪機帶動發電機發電。一種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用的裝置，它的吸熱蒸 發器安裝在深度達萬米的地熱井的底部，主傳熱蒸汽管一端連接吸熱蒸發器，一端連接蒸 汽輪機，蒸汽輪機連接發電機，蒸汽輪機還通過排氣管連接冷卻器，與冷卻器連接的回液管 向下插入吸熱蒸發器中，回液管上安裝有循環泵，回液管插入吸熱蒸發器中的部位安裝有 單向閥；主傳熱蒸汽管外有真空保溫管，主傳熱蒸汽管位於地熱井內的部分，其與真空保溫 管之間還有輔助重力熱管，輔助重力熱管是真空的，其下端的吸熱段深入吸熱蒸發器內或 環繞在吸熱蒸發器外，其內裝有蒸發介質。上述方案中的主傳熱蒸汽管上安裝穩壓罐，具體是穩壓罐安裝在地面與蒸汽輪機 之間的主傳熱蒸汽管上。—種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法，吸熱蒸發器吸收地下萬 米以下的500-1500°C之間或者1500°C以上的高溫熱能，其內介質蒸發後，潛熱蒸汽攜帶著 高溫熱能在真空負壓環境驅使作用下，沿著在輔助重力熱管中熱浪的包繞下的主傳熱蒸汽 管，高速衝向多管多環放熱器，通過多管多環放熱器器壁將蒸汽汽化潛熱傳遞給儲熱蓄能 罐中的低溫液體工質或水中，放熱器放熱後蒸汽遇冷變為液體，液體在重力的作用下又流 回至吸熱蒸發器中進行二次吸熱，蒸發再循環，周而復始的高速循環將地下高溫熱能連續 不斷的傳遞給儲熱蓄能罐中低沸點工質或水中，當通過換熱後儲熱蓄能罐中的液體工質或 水超出沸點時開始形成大量蒸汽，在罐中上部1/4處會不斷聚集起高壓蒸汽，該高壓蒸汽 推動蒸汽輪機運轉帶動發電機發電，做功後的氣體進行散熱冷卻，冷凝後的液體工質或水 通過循環泵壓入儲熱蓄能罐中進行再循環。上述萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用的裝置，它的吸熱 蒸發器安裝在深度達萬米的地熱井的底部，主傳熱蒸汽管一端連接吸熱蒸發器，一端連接 放熱器，放熱器插入地面上的儲熱蓄能罐中，儲熱蓄能罐連接蒸汽輪機，蒸汽輪機連接發電 機，蒸汽輪機還通過排氣管連接冷卻器，與冷卻器連接的回液管連接至儲熱蓄能罐；主傳熱 蒸汽管外有真空保溫管，主傳熱蒸汽管位於地熱井內的部分，其與真空保溫管之間還有輔 助重力熱管，輔助重力熱管是真空的，其下端的吸熱段深入吸熱蒸發器內或環繞在吸熱蒸 發器外，其內裝有蒸發介質。上述方案中吸熱蒸發器內的蒸發介質或水是重力熱管密閉空間環境的 15% -20%左右，當主傳熱蒸汽管或輔助重力熱管抽真空後再將上述的工質或水注入其中， 吸熱蒸發器是直徑在200毫米至500毫米之間或者在500毫米以上、長度在500米至1000 米之間或者在1000米以上的巨型大面積集熱吸熱傳換器，是垂直於地表的，具體直徑及長 度的確定依據熱能需求而定。上述方案中的真空保溫管與地熱井之間有隔溫材料。上述方案中吸熱蒸發器與地熱井之間注入導熱填充物，這樣可以確保吸熱蒸發器 器壁的熱傳效率。
上述方案中儲熱蓄能罐蒸汽溫度控制在250-500°C之間，冷卻器的面積設計為吸 熱蒸發器面積10倍以上，儲熱蓄能罐的面積也設計為吸熱蒸發器面積10倍以上。上述方案中輔助重力熱管由吸熱段、傳熱段、放熱段構成，其下端深入吸熱蒸發器 三分之一處，其內的蒸發介質是其密閉空間環境的15% -20%左右。有益效果1、本發明主傳熱蒸汽管在上萬米的傳熱過程中，首先要客服的是地心對其所形成 的引力，再就是熱力損失，輔助重力熱管用以克服上述主傳熱蒸汽管傳遞過程中的不利因 素，使其始終伴隨著熱能量的補充過程，使壓力、溫度、速度趨向於正壓膨脹平衡態範圍內 再推動蒸汽輪機達到有效做功發電的目的；同時本發明無需外部動力只靠單井自身熱力循 環，降低了投入成本，使該發明的技術方法與裝置具有了廣泛的實際應用與推廣價值。2、在本發明這種方案設計和方法指導下，現已在大慶油田古龍1井這口 6300米深 井上實現(井底溫度257V )規模化設計，5500kw投資2000萬元，它為萬米百萬級千瓦級 地熱乾熱巖發電技術提供了一項技術性實用性資料與經驗，提供了可靠的保證。目前，本發 明正處於保密實驗中，實驗正穩步進行。3、本發明中輔助重力熱管環繞在真空保溫管與主傳熱蒸汽管之間，一是阻隔了冷 源潛入，防止其傳導對流發生，二是對主傳熱蒸汽管中高速流動著的潛熱蒸汽進行二次連 續再加熱，確保高溫高壓熱能潛熱氣體高速衝向蒸汽輪機與多管多環放熱器。


圖1是本發明實施例1的裝置結構示意圖；圖2是圖1中底部局部放大圖；圖3是本發明實施例2的裝置結構示意圖；圖4是圖3中底部局部放大圖；圖5是輔助重力熱管工作原理圖。1吸熱蒸發器、2主傳熱蒸汽管、3放熱器、4地熱井、5儲熱蓄能罐、6真空保溫管、 7回液管、8單向閥、9輔助重力熱管、10導熱填充物、11排氣管、12隔溫材料、13蒸汽輪機、 14發電機、15散熱塔、16冷卻器、17單向閥、18循環泵、19蒸發介質或水、20穩壓罐、21抽 真空閥組、22真空保溫層
具體實施例方式結合附圖對本發明做進一步說明實施例1 這種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法，吸熱蒸發器1吸收地下 萬米以下的500-1500°C之間或者1500°C以上的高溫熱能後，其內介質蒸發後產生高壓蒸 汽，高壓蒸汽沿主傳熱蒸汽管2在輔助重力熱管9中熱浪的包繞下，高速上升至地面，推動 地面上的蒸汽輪機13帶動發電機14發電，發電後，氣體進入散熱塔15，在這裡熱氣體經冷 卻器16散熱後變為液體，當然冷卻器16也可以直接放入江河湖海中散熱，冷凝後的液體通 過循環泵18，泵入回液管7，液體在回液管7中在底部單向閥8配合下，長遠距離形成重力 液柱進入吸熱蒸發器1中吸熱進行二次循環，周而復始不需其他外部能源完成熱能傳遞，
6將蘊藏於地下巖石漿體中來自地球中部巨大的對人類來說取之不盡的熱推動蒸汽輪機13 帶動發電機14提供可持續乾淨清潔的能源、廉價的電能。本發明為了克服地心引力及熱力損失，採用主傳熱蒸汽管2外套置的輔助重力熱 管9的遠距離伴熱保溫方法，使主傳熱蒸汽管2始終伴隨著熱能量的補充，保護主傳熱蒸汽 管2內的高壓蒸汽實現遠距離傳送並推動蒸汽輪機13做功發電。圖1是本發明實施例1的裝置結構示意圖，結合圖2所示，這種萬米單深井重力真 空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用的裝置，它的吸熱蒸發器1安裝在深度達萬米的地熱 井4的底部，吸熱蒸發器1內充滿蒸發介質或水19，吸熱蒸發器1內的蒸發介質或水是熱管 密閉空間環境的11% -20%左右，吸熱蒸發器1與地熱井4之間填充導熱填充物10，蒸發 介質為低沸點介質；主傳熱蒸汽管2 —端連接吸熱蒸發器1，一端連接蒸汽輪機13，主傳熱 蒸汽管2是吸熱蒸發器1內產生的高壓蒸汽高速衝向蒸汽輪機13的通道，為了保溫或提供 輔助伴熱，保證高壓蒸汽遠距離運動到地面時仍能完成發電任務，主傳熱蒸汽管2外有真 空保溫管6，主傳熱蒸汽管2位於地熱井4內的部分，其與真空保溫管6之間還有輔助重力 熱管9，它們是遠距離上萬米的，輔助重力熱管9是真空的，下端深入吸熱蒸發器1三分之 一處，上部至地表範圍內即可，其內裝有蒸發介質，真空保溫管6上有抽真空閥，輔助重力 熱管9內的蒸發介質是其密閉空間環境的15% -20%左右，輔助重力熱管9將主傳熱蒸汽 管2包繞在其中，其內的蒸發介質吸收地熱能產生的高溫蒸汽，使主傳熱蒸汽管2在地熱井 4內的部分浸於高溫環境中；蒸汽輪機13連接發電機14，蒸汽輪機13還通過排氣管11連 接冷卻器16，與冷卻器16連接的回液管7向下插入吸熱蒸發器1中，回液管7上安裝有循 環泵18和單向閥17，回液管7插入吸熱蒸發器1的一端也安裝有單向閥8，此單向閥8可 保證冷卻後的液體流回吸熱蒸發器1，而吸熱蒸發器1中的液體不能流到回液管7中，循環 泵18將冷卻後的液體打回吸熱蒸發器1中，地面與蒸汽輪機13之間的主傳熱蒸汽管2上 安裝穩壓罐20。吸熱蒸發器1產生的高溫蒸汽經主傳熱蒸汽管2，推動蒸汽輪機13帶動發 電機14發電，被冷卻後通過循環泵18經回液管7打回吸熱蒸發器1，往復循環。圖5是輔助重力熱管工作原理圖，如圖所示，輔助重力熱管9中的液體介質的沸點 小於吸熱蒸發器1中蒸發介質的沸點，輔助重力熱管9中的液體介質吸收地熱能後汽化，潛 熱蒸汽攜帶著高溫熱能在真空負壓環境中的輔助重力熱管9中升騰，使主傳熱蒸汽管2處 於熱浪的包圍中，潛熱蒸汽上升的過程中，真空保溫管6首先起到了真空隔熱作用，當仍有 部分冷氣流侵入時，也是與輔助重力熱管9發生熱交換，從而使主傳熱蒸汽管2得到有效的 保護，達到有效做功或減少主傳熱蒸汽管2遠距離傳輸熱能過程中的損失。當蒸汽在輔助 重力熱管9中升騰至地面並在管壁處冷凝形成液體時，它沿管壁在重力作用下流回底部， 再次進行循環，此時可以伴熱保溫；當然也存在著輔助重力熱管9中的蒸汽不凝結，始終以 蒸汽形式存在的狀態，此狀態即可實現向主傳熱蒸汽管2補充熱量。本發明井下部分裝置的製備過程是先鑽一口大口徑深井，將吸熱蒸發器1、主傳 熱蒸汽管2在地面預製加工後，分段依次通過管箍連接封焊打壓順至井底，輔助重力熱管 9、真空保溫管6也是分段預製依次用管箍螺紋再焊的辦法順至井下，整體抽真空或壓入工 質或水，通過地面上的抽真空閥組21完成，主體材質主要採用耐高溫抗腐蝕的材料預製。實施例2:這種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法，吸熱蒸發器1將地下深部的高溫高品位上千度500-1500°C之間或者1500°C以上的高溫熱能吸收並汽化後，潛熱 蒸汽攜帶著高溫熱能在真空負壓環境驅使作用下，沿著在輔助重力熱管9中熱浪包繞下的 主傳熱蒸汽管2，高速衝向多管多環放熱器3的環境中，通過多管多環放熱器3器壁將蒸汽 汽化潛熱中高溫熱能傳遞給儲熱蓄能罐5中的低溫液體工質或水中，放熱器3內蒸汽放熱 後遇冷又變為液體，液體在重力的作用下沿著主傳熱蒸汽管2管壁又流回至吸熱蒸發器1 中進行二次吸熱，蒸發再循環，周而復始的高速循環將地下高溫熱能連續不斷的傳遞給儲 熱蓄能罐5中低沸點工質或水中；當通過換熱後儲熱蓄能罐5中的液體工質或水超出沸點 時開始形成大量蒸汽，在罐中上部1/4處會不斷聚集起高壓蒸汽，高壓蒸汽通過輸氣管去 推動蒸汽輪機13運轉帶動發電機14發電，做功後的氣體從蒸汽輪機13排出口通過排氣管 11至散熱塔15中的冷卻器16進行散熱冷卻，冷凝後的液體工質或水通過循環泵18壓入儲 熱蓄能罐5中進行再循環。圖3是本發明實施例2的裝置結構示意圖，結合圖4所示，這種萬米單深井重力真 空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用的裝置，它包括地熱井4、重力真空熱管9、儲熱蓄能 罐5、蒸汽輪機13、發電機14、散熱塔15，重力真空熱管9由吸熱蒸發器1、主傳熱蒸汽管2、 放熱器3、真空保溫管6構成，它是真空封閉的環境，吸熱蒸發器1安裝在深度達萬米的地熱 井4的底部，吸熱蒸發器1內的蒸發介質或水是熱管密閉空間環境的15% -20%左右，吸熱 蒸發器1與地熱井4之間填充導熱填充物10，主傳熱蒸汽管2的一端連接吸熱蒸發器1，另 一端連接放熱器3，主傳熱蒸汽管2是吸熱蒸發器1產生的高溫蒸汽高速衝向放熱器3的通 道，高溫蒸汽在放熱器3內放熱後冷凝並經主傳熱蒸汽管2流回吸熱蒸發器1，往復循環； 主傳熱蒸汽管2外有真空保溫管6，主傳熱蒸汽管2位於地熱井3內的部分，其與真空保溫 管6之間還有輔助重力熱管9，輔助重力熱管9是真空的，下端深入吸熱蒸發器1三分之一 處，其內裝有蒸發介質，真空保溫管6上有抽真空閥；放熱器3為多環多管的，它插入地面上 的儲熱蓄能罐5中，儲熱蓄能罐5為帶有真空保溫層22的罐體，儲熱蓄能罐5連接蒸汽輪 機13，蒸汽輪機13連接發電機14，蒸汽輪機13還通過排氣管11連接冷卻器16，與冷卻器 16連接的回液管7連接至儲熱蓄能罐5。當通過儲熱蓄能罐5中的液體工質或水超出沸點 時開始形成大量蒸汽，在罐中上部1/4處會不斷聚集起高壓蒸汽再通過上部的蒸汽口沿著 蒸汽管通道進入並推動蒸汽輪機13運轉帶動發電機14發電。本發明由於在設計中要充分的體現溫差階梯性儲能原理，吸熱蒸發器、儲熱蓄能 罐選擇不同的沸點是十分重要的。儲熱蓄能罐5起到蘊充、蓄能、穩壓作用，放熱器3是多 管多環的，各環狀管為同心的，從裡到外依次排列，這樣一圈凹一圈凸的設置，主要是起到 增加換熱面積降低其建設高度、減少投資成本的作用。依據設計要求，要想達到穩態平衡熱力作用，根據地表以上的設備所需溫度選擇 較適合的沸點工質既可。當達到穩態平衡溫度時此密封閥系統自動停止工作，因沒有任何 低於此沸點的低溫段冷熱交換工作區域時，潛熱氣體始終是在高溫氣體狀態，起到了解決 隔溫減少主傳熱熱力損失的作用，反之起到補充熱力能量的作用。從以上文字敘述中不難看出，本發明人是從創新與實驗的角度總結了以往地熱發 電技術方法的局限性，為了確保垂直於地心上萬米至十幾萬米傳輸膨脹過程中的連續性， 考慮到了這一過程中必然的熱損和壓降，實施例1中，在真空負壓措施條件下，主傳熱蒸汽 管2在上萬米的傳熱過程中，首先要客服的是地心對其所形成的引力，再就是熱力損失，在
8這一方案中輔助重力熱管9的作用就體現出來了，它可以克服上述主傳熱管傳遞過程中的 不利因素，使其始終伴隨著熱能量的補充過程，使壓力、溫度、速度趨向於正壓膨脹平衡態 範圍內再推動蒸汽輪機達到有效做功發電的目的。這是一次具有革命性的技術組合，遠距 離輔助重力熱管9裝置實現了不僅僅是體現了創新性、創造性與實用性，而且最主要的體 現了其應用性，它是上萬米至十幾萬米從下到上傳熱萬米單深井重力真空輔助熱管循環幹 熱巖發電的方法及裝置的重要組成部分(見圖5)。在實施例2中輔助重力熱管9也是體 現了以上複述作用，只不過是實施例1中是地熱能高壓蒸汽通過(推動)蒸汽輪機13做功 (發電)後，氣體進入冷卻器16是熱氣體散熱後變為液體(或冷卻器16也可以直接放入 江河湖海中散熱)，冷凝後的液體通過泵，泵入回液管7，液體在回液管7中在底部單向閥8 配合下，在超長度遠距離上萬米的情況下形成重力液柱進入吸熱蒸發器1中吸熱形成二次 循環，其工質由液態變為氣態又變為液態，周而復始不需其他外部能源完成熱能傳遞，將蘊 藏於地下巖石漿體中來自地球中部巨大的對人類來說取之不盡的高溫熱能轉變為高壓蒸 汽推動蒸汽輪機13帶動發電機14提供可持續乾淨清潔的能源、廉價的電能。實施例1與 實施例2雖然方法有所區別，但是總機理和運行機制是相同的，效率之比要在實際運行中 才能體現出來，在這一方法和機理運行過程中，它們都能高效、最大限度的將幾十萬米深度 乾熱巖石漿體中的熱能有效的傳送到地面上來為人類服務，這一發明思想方法所具有的特 性集中表現在吸熱蒸發器1是直徑超過200毫米至500毫米或500毫米以上、長度500米 至1000米或1000米以上的巨型大面積集熱吸熱傳換器，是垂直於地表的。由於超長的設 計構想，打破了常規的思維和想像，尤其是本發明人對地球深部環境溫度構成的了解及認 識。例如地球巨大的高溫熱流，通過不良導體地殼慢慢的散發至大氣層及宇宙無限的冷能 環境中。如果這一發明是建立在宇宙觀的觀點上來理解。當熱的能量大於冷的能量，熱就 是從熱向冷的方向傳導。如果當冷的能量大於熱的能量，這時冷的能量就是向熱的方向傳 導。不管是宇宙也好地球也好，不是本發明研究的課題，把吸熱蒸發器1直徑加大加長解決 了獲取地球深部熱量慢溫度梯度不均的問題。因為地表上所要利用的溫度是一定的，是不 變的，傳換汽化潛熱蒸汽溫度控制在250-500°C之間既可。這樣在萬米以下的取熱吸熱蒸 發器1取熱吸熱時，其裝置橫穿了每百米不同的溫度層，溫度場這樣就變成能夠儲存蓄熱 自我調節的連續獲取熱能的使用裝置了。在這裡，首次提出了將傳遞過程場協同新概念，建 立和發現了傳遞過程的強化與控制的場協同理論，並已發展為一般性原理，它能統一認識 各種對流換熱強化現象的本質，且可成為強化單相對流換熱的統一理論。提出了新的物理 量_熱量傳遞勢容和熱量傳遞勢容耗散極值原理，可用於對流換熱的優化。建立了速度場 與熱流場的協同方程，求得在具有一定的約束條件下的最佳速度場，與熱流場的協同最好， 換熱效率最高。場協同理論的提出促進了傳熱學的發展，基於該理論，在管內強化傳熱的設 計原理和準則上有所突破，形成了遠距離(重力真空)氣體充滿空間學說與重力真空自由 流動勢能新理論，促進了製造技術的進步，使核態狀況下液態工質橫穿地層不同溫度層幾 千米的梯度，延時加熱解釋了大地熱流值熱流速度慢、不均衡、非穩態恆定獲取地下平行溫 度的新啟示，並發展了多種具有原創性的傳熱強化新技術和換熱設備。再由於主傳熱蒸汽 管2及吸熱蒸發器1的直徑可加大了加長了，又是在真空負壓空環境中，要克服或抵消地球 引力場有可能在地面上設計大於吸熱蒸發器10倍以上的換熱面積，促使其大於熱環境的 作用，使冷環境的冷能不斷連續的傳給了巨大的或快速流動的散熱塔冷卻器和江河湖海冷凝器中的工質，高溫高壓潛熱工質蒸汽在抽真空環境裡不斷升騰上升。而冷凝後的液體又 不斷的在重力的作用下又不斷的下降。它是一種區別於其它能源、地熱能轉換技術的一場 能源革命。實施例2主要體現在裝置沒有回液管7，工質是在抽真空後負壓環境中低處通過 吸熱蒸發器1將地下深部的高溫高品位上千度500-1500°C之間或者1500°C以上的高溫熱 能吸收，吸熱蒸發器1內的液體工質或水(要根據不同深度或溫度選擇不同沸點的工質) 是熱管密閉空間環境的15% -20%左右，當主傳熱蒸汽管2或輔助重力熱管9抽真空後再 將工質注入其中，這樣吸熱蒸發器1蒸發後的潛熱蒸汽攜帶著高溫熱能在真空負壓環境驅 使作用下高速衝向多管多環放熱器3的環境中，通過多管多環放熱器3器壁將蒸汽氣化潛 熱中高溫熱能傳遞交換給了儲熱蓄能罐5中的低溫液體工質或水中，通過放熱器3放熱後 使蒸汽遇冷後又變為液體，液體在重力的作用下沿著多管或多環放熱器3器壁通過連接至 絕熱段輔助重力熱管9中的主傳熱蒸汽管2管壁又流回至吸熱蒸發器1的環境中進行二次 吸熱，蒸發再循環，周而復始的高速循環將地下熱能連續不斷的傳遞給儲熱蘊能罐5中低 沸點工質或水中。
權利要求
一種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法，其特徵在於這種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法，吸熱蒸發器(1)吸收地下萬米以下的高溫熱能，其內介質蒸發後產生高壓蒸汽，高壓蒸汽沿主傳熱蒸汽管(2)在輔助重力熱管(9)中熱浪的包繞下，高速上升至地面，推動蒸汽輪機(13)做功發電，發電後，氣體被冷凝，冷凝後的液體通過泵，泵入回液管(7)，液體在回液管(7)中底部單向閥(8)配合下，形成重力液柱進入吸熱蒸發器(1)中吸熱進行二次循環，周而復始將蘊藏於地下巖石漿體中的高溫熱能轉變為高壓蒸汽，推動蒸汽輪機(13)帶動發電機(14)發電。
2.一種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用的裝置，其特徵在於 它的吸熱蒸發器(1)安裝在深度達萬米的地熱井(4)的底部，主傳熱蒸汽管(2) —端連接 吸熱蒸發器(1)，一端連接蒸汽輪機(13)，蒸汽輪機(13)連接發電機(14)，蒸汽輪機(13) 還通過排氣管(11)連接冷卻器(16)，與冷卻器(16)連接的回液管(7)向下插入吸熱蒸發 器(1)中，回液管(7)上安裝有循環泵(18)，回液管(7)插入吸熱蒸發器(1)中的部位安裝 有單向閥(8)；主傳熱蒸汽管(2)外有真空保溫管(6)，主傳熱蒸汽管(2)位於地熱井(4) 內的部分，其與真空保溫管(6)之間還有輔助重力熱管(9)，輔助重力熱管(9)是真空的，其 下端的吸熱段深入吸熱蒸發器(1)內或環繞在吸熱蒸發器(1)外，其內裝有蒸發介質。
3.根據權利要求2所述的萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用的 裝置，其特徵在於所述的主傳熱蒸汽管(2)上安裝穩壓罐(20)，具體是穩壓罐(20)安裝 在地面與蒸汽輪機(13)之間的主傳熱蒸汽管(2)上。
4.一種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法，其特徵在於吸熱蒸發器 (1)吸收地下萬米以下的高溫熱能，其內介質蒸發後，潛熱蒸汽攜帶著高溫熱能在真空負壓 環境驅使作用下，沿著在輔助重力熱管(9)中熱浪的包繞下的主傳熱蒸汽管(2)，高速衝向 多管多環放熱器(3)，通過多管多環放熱器(3)器壁將蒸汽汽化潛熱傳遞給儲熱蓄能罐(5) 中的低溫液體工質或水中，放熱器(3)放熱後蒸汽遇冷變為液體，液體在重力的作用下又 流回至吸熱蒸發器(1)中進行二次吸熱，蒸發再循環，周而復始的高速循環將地下高溫熱 能連續不斷的傳遞給儲熱蘊能罐(5)中低沸點工質或水中，當通過儲熱蓄能罐(5)中的液 體工質或水超出沸點時開始形成大量蒸汽，在罐中上部1/4處會不斷聚集起高壓蒸汽，該 高壓蒸汽推動蒸汽輪機(13)運轉帶動發電機(14)發電，做功後的氣體進行散熱冷卻，冷凝 後的液體工質或水通過循環泵(18)壓入儲熱蓄能罐(5)中進行再循環。
5.一種萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用的裝置，其特徵在於 它的吸熱蒸發器(1)安裝在深度達萬米的地熱井(4)的底部，主傳熱蒸汽管(2) —端連接 吸熱蒸發器(1)，一端連接放熱器(3)，放熱器(3)插入地面上的儲熱蓄能罐(5)中，儲熱蓄 能罐(5)連接蒸汽輪機(13)，蒸汽輪機(13)連接發電機(14)，蒸汽輪機(13)還通過排氣 管(11)連接冷卻器(16)，與冷卻器(16)連接的回液管(7)連接至儲熱蓄能罐(5)；主傳熱 蒸汽管(2)外有真空保溫管(6)，主傳熱蒸汽管(2)位於地熱井(4)內的部分，其與真空保 溫管(6)之間還有輔助重力熱管(9)，輔助重力熱管(9)是真空的，其下端的吸熱段深入吸 熱蒸發器(1)內或環繞在吸熱蒸發器(1)外，其內裝有蒸發介質。
6.根據權利要求2或5所述的萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用 的裝置，其特徵在於所述的吸熱蒸發器(1)內的蒸發介質或水是重力熱管密閉空間環境 的15% -20%左右，當主傳熱蒸汽管(2)或輔助重力熱管(9)抽真空後再將上述的工質或水注入其中，吸熱蒸發器(1)是直徑在200毫米至500毫米之間或者在500毫米以上、長度 在500米至1000米之間或者在1000米以上的巨型大面積集熱吸熱傳換器。
7.根據權利要求2或5所述的萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用 的裝置，其特徵在於所述的吸熱蒸發器(1)與地熱井(4)之間填充導熱填充物(10)。
8.根據權利要求2或5所述的萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使用 的裝置，其特徵在於所述的真空保溫管(6)與地熱井(4)之間有隔溫材料。
9.根據權利要求2或5所述的萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使 用的裝置，其特徵在於所述的主傳熱蒸汽管(2)中蒸汽溫度控制在250-500°C之間，冷卻 器(16)的面積設計為吸熱蒸發器(1)面積10倍以上，儲熱蓄能罐(5)的面積也設計為吸 熱蒸發器(1)面積10倍以上。
10.根據權利要求2或5所述的萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法使 用的裝置，其特徵在於所述的輔助重力熱管(9)下端深入吸熱蒸發器(1)三分之一處，其 內的蒸發介質是其密閉空間環境的15% -20%左右。
全文摘要
本發明涉及的是萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法及裝置，其中的萬米單深井重力真空輔助熱管循環乾熱巖發電方法，吸熱蒸發器吸收地下萬米以下的高溫熱能，其內介質蒸發後產生高壓蒸汽，高壓蒸汽沿主傳熱蒸汽管在輔助重力熱管中熱浪的包繞下，高速上升至地面，推動蒸汽輪機做功發電，發電後，冷凝的液體被泵入回液管，形成重力液柱進入吸熱蒸發器中吸熱進行二次循環，周而復始將蘊藏於地下巖石漿體中的高溫熱能轉變為高壓蒸汽，推動蒸汽輪機帶動發電機發電。本發明主傳熱蒸汽管在上萬米的傳熱過程中，熱力損失少，做功出力大，能夠有效做功發電，為利用綠色環保型地熱資源開闢了新的技術道路。
文檔編號F03G4/00GK101892964SQ20101024073
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者龔智勇 申請人:龔智勇