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一种干热岩热能抽取装置
申请号	CN202210310323.5	申请日	2022-03-28	公开(公告)号	CN114688751A	公开(公告)日	2022-07-01
申请人	李红玉;			发明人	任政委; 郭淑君; 谢兴隆; 李红玉;
摘要	本发明涉及干热岩热能抽取技术领域，具体地说，涉及一种干热岩热能抽取装置。其包括抽取管，所述抽取管的顶部设置有负压法兰，所述负压法兰与外界的负压泵连接，用以在抽取管内形成负压力，所述抽取管的底部设置有多个传导柱，所述传导柱用于与干热岩层进行接触，所述抽取管外设置有保温管，所述抽取管和保温管之间形成保温通道。本发明中通过设置的保温管形成地热能进入口，然后利用进入的地热能在抽取管外形成热能屏障，这样在热传导过程中首先损耗热能屏障，达到降低干热岩热能在传输时的热能损耗的目的，提高干热岩热能的利用率。
权利要求	1.一种干热岩热能抽取装置，其包括抽取管(100)，所述抽取管(100)的顶部设置有负压法兰(110)，所述负压法兰(110)与外界的负压泵连接，用以在抽取管(100)内形成负压力，所述抽取管(100)的底部设置有多个传导柱(140)，所述传导柱(140)用于与干热岩层进行接触，其特征在于：所述抽取管(100)外设置有保温管(200)，所述抽取管(100)和保温管(200)之间形成保温通道(200A)，其中：所述保温管(200)的底部长度短于抽取管(100)底部长度，用于在保温管(200)底部形成地热能进入口；所述保温管(200)的两侧设置有泄压机构(300)，所述泄压机构(300)与保温通道(200A)连通用于进行泄压。 2.根据权利要求1所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述泄压机构(300)包括泄压箱(310)，所述泄压箱(310)的顶部和底部分别设置有上管道(320)和下通道(330)，其中：所述抽取管(100)和保温管(200)顶部之间的位置相对设置有两个中间块(120)，两个中间块(120)在保温通道(200A)之间形成泄压腔(120A)；所述上管道(320)的一端设置有集流罩(321)，所述集流罩(321)与泄压腔(120A)连接，所述上管道(320)的另一端与泄压箱(310)的顶部连通。 3.根据权利要求2所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述抽取管(100)外壁底部位于保温管(200)覆盖范围内的位置上开设有流通槽(130)，所述保温通道(200A)位于流通槽(130)底部的位置上设置有受热板(220)，其中：所述受热板(220)的顶部和底部分别形成蓄水腔和加热腔，所述蓄水腔填充水。 4.根据权利要求3所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述保温管(200)的外壁上开设有回流口(210)，所述下通道(330)与回流口(210)连接，所述上管道(320)靠近泄压箱(310)竖直部分外设置有冷凝外管(340)，所述冷凝外管(340)用于对水蒸汽进行冷凝。 5.根据权利要求4所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述冷凝外管(340)内设置有螺旋流道(341)，所述螺旋流道(341)绕于上管道(320)外，其中：所述冷凝外管(340)顶部通入冷凝水，并由冷凝外管(340)底部流出。 6.根据权利要求4所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述冷凝外管(340)内设置有螺旋流道(341)，所述冷凝外管(340)为底部半径大顶部半径小的锥形结构，并且螺旋流道(341)的螺旋半径与冷凝外管(340)内径相匹配。 7.根据权利要求5或6任意一项所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述泄压箱(310)内填充有砂砾层(310A)，填充时砂砾层(310A)顶面与泄压箱(310)顶部内壁之间形成预留腔(310B)。 8.根据权利要求7所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述下通道(330)的顶部开口内设置有隔板(331)，所述隔板(331)上开设有多个锥形槽(332)，所述锥形槽(332)底部孔径小于顶部孔径。 9.根据权利要求8所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述泄压箱(310)的底部设置收集板(311)，所述收集板(311)内表面均向下通道(330)顶部开口处倾斜。 10.根据权利要求9所述的干热岩热能抽取装置，其特征在于：所述抽取管(100)顶部靠近集流罩(321)的一侧开设有泄压道(150)，所述泄压道(150)内的顶壁向上倾斜，底壁向上突出形成“V”状的突出部(151)，泄压道(150)内的顶壁上设置有柔性的封板(152)，其中：所述封板(152)在抽取管(100)内压强低于或等于2.0Mpa时与突出部(151)贴合；所述封板(152)在抽取管(100)内压强大于2.0Mpa时与突出部(151)脱离。
说明书全文	一种干热岩热能抽取装置技术领域 [0001] 本发明涉及干热岩热能抽取技术领域，具体地说，涉及一种干热岩热能抽取装置。背景技术 [0002] 干热岩(HDR)，是一般温度大于200℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。这种岩体的成分可以变化很大,绝大部分为中生代以来的中酸性侵入岩,但也可以是中新生代的变质岩,甚至是厚度巨大的块状沉积岩。干热岩主要被用来提取其内部的热量,因此其主要的工业指标是岩体内部的温度。 [0003] 干热岩系统，是指用人工工程形成的裂缝，从低渗透性的高温热岩中，经济地采出热能以利用的系统。 [0004] 现有技术中大多都是通过管道配合热传导片抽取干热岩内热能，可是管道在对热能传导的过程中会造成热能的散失，但在实际传导过程中，管道周围还含有地热能，如果集中地热能可以在管道外围形成保温层，这样可以降低热能的损耗，鉴于此，急需提出能够对地热能进行利用的干热岩热能抽取装置。发明内容 [0005] 本发明的目的在于提供一种干热岩热能抽取装置，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0006] 为实现上述目的，提供了一种干热岩热能抽取装置，其包括抽取管，所述抽取管的顶部设置有负压法兰，所述负压法兰与外界的负压泵连接，用以在抽取管内形成负压力，所述抽取管的底部设置有多个传导柱，所述传导柱用于与干热岩层进行接触，所述抽取管外设置有保温管，所述抽取管和保温管之间形成保温通道，其中： [0007] 所述保温管的底部长度短于抽取管底部长度，用于在保温管底部形成地热能进入口； [0008] 所述保温管的两侧设置有泄压机构，所述泄压机构与保温通道连通用于进行泄压。 [0009] 作为本技术方案的进一步改进，所述泄压机构包括泄压箱，所述泄压箱的顶部和底部分别设置有上管道和下通道，其中： [0010] 所述抽取管和保温管顶部之间的位置相对设置有两个中间块，两个中间块在保温通道之间形成泄压腔； [0011] 所述上管道的一端设置有集流罩，所述集流罩与泄压腔连接，所述上管道的另一端与泄压箱的顶部连通。 [0012] 作为本技术方案的进一步改进，所述抽取管外壁底部位于保温管覆盖范围内的位置上开设有流通槽，所述保温通道位于流通槽底部的位置上设置有受热板，其中： [0013] 所述受热板的顶部和底部分别形成蓄水腔和加热腔，所述蓄水腔填充水。 [0014] 作为本技术方案的进一步改进，所述保温管的外壁上开设有回流口，所述下通道与回流口连接，所述上管道靠近泄压箱竖直部分外设置有冷凝外管，所述冷凝外管用于对水蒸汽进行冷凝。 [0015] 作为本技术方案的进一步改进，所述冷凝外管内设置有螺旋流道，所述螺旋流道绕于上管道外，其中： [0016] 所述冷凝外管顶部通入冷凝水，并由冷凝外管底部流出。 [0017] 作为本技术方案的进一步改进，所述冷凝外管内设置有螺旋流道，所述冷凝外管为底部半径大顶部半径小的锥形结构，并且螺旋流道的螺旋半径与冷凝外管内径相匹配。 [0018] 作为本技术方案的进一步改进，所述泄压箱内填充有砂砾层，填充时砂砾层顶面与泄压箱顶部内壁之间形成预留腔。 [0019] 作为本技术方案的进一步改进，所述下通道的顶部开口内设置有隔板，所述隔板上开设有多个锥形槽，所述锥形槽底部孔径小于顶部孔径。 [0020] 作为本技术方案的进一步改进，所述泄压箱的底部设置收集板，所述收集板内表面均向下通道顶部开口处倾斜。 [0021] 作为本技术方案的进一步改进，所述抽取管顶部靠近集流罩的一侧开设有泄压道，所述泄压道内的顶壁向上倾斜，底壁向上突出形成“V”状的突出部，泄压道内的顶壁上设置有柔性的封板，其中： [0022] 所述封板在抽取管内压强低于或等于2.0Mpa时与突出部贴合； [0023] 所述封板在抽取管内压强大于2.0Mpa时与突出部脱离。 [0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果： [0025] 1、该干热岩热能抽取装置中，通过设置的保温管形成地热能进入口，然后利用进入的地热能在抽取管外形成热能屏障，这样在热传导过程中首先损耗热能屏障，达到降低干热岩热能在传输时的热能损耗的目的，提高干热岩热能的利用率。 [0026] 2、该干热岩热能抽取装置中，热能经过上管道进入泄压箱，再通过下通道排出，从而达到泄压的目的，而且集流罩和泄压腔为相互吻合的扇形结构，从而扩大地热能的进入量，保证泄压强度。 [0027] 3、该干热岩热能抽取装置中，受负压作用地热能进入口外围的地热能会内吸入保温通道，再进入流通槽，这样会提高地热能的收集效率，而且抽取管可以即传输地热能又传输干热岩热能； [0028] 与此同时，经过受热板底部的地热能会对水进行加热，使其形成水蒸汽在保温通道上流，从而形成热能屏障。 [0029] 4、该干热岩热能抽取装置中，封板根据抽取管内压强的大小实现开合，压强小时封板闭合，降低能力的损耗，压强大时，封板打开，抽取管内的能量就会释放至保温通道内，再经过上管道传输，上管道内的热量也随之提高，这样对地表水的加热能力也随之增大，不仅能够进行泄压，还能对泄压的热量进行利用。附图说明 [0030] 图1为本发明的整体结构示意图； [0031] 图2为本发明的保温管结构示意图； [0032] 图3为本发明的流通槽结构示意图； [0033] 图4为本发明的泄压机构结构示意图； [0034] 图5为本发明的上管道和下通道结构示意图； [0035] 图6为本发明的冷凝外管结构示意图； [0036] 图7为本发明的下通道结构示意图； [0037] 图8为本发明的中间块结构示意图； [0038] 图9为本发明的泄压道结构示意图。 [0039] 图中各个标号意义为： [0040] 100、抽取管；110、负压法兰；120、中间块；120A、泄压腔；130、流通槽；140、传导柱；150、泄压道；151、突出部；152、封板； [0041] 200、保温管；210、回流口；220、受热板；200A、保温通道； [0042] 300、泄压机构；310、泄压箱；310A、砂砾层；310B、预留腔；311、收集板；320、上管道；321、集流罩；330、下通道；331、隔板；332、锥形槽；340、冷凝外管；341、螺旋流道。具体实施方式 [0043] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0044] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0045] 此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 [0046] 实施例1 [0047] 请参阅图1所示，本实施例目的在于，提供了一种干热岩热能抽取装置，包括抽取管100，抽取管100的顶部设置有负压法兰110，其主要目的是与外界的负压泵连接，从而在抽取管100内形成负压力，请参阅图3所示，抽取管100的底部设置有多个传导柱140，通过传导柱140与干热岩层进行接触，以将干热岩层内的热量传导至抽取管100内，另外： [0048] 请参阅图5所示，抽取管100外设置有保温管200，抽取管100和保温管200之间形成保温通道200A，而且保温管200的底部长度短于抽取管100底部长度，其主要目的是在保温管200底部形成地热能进入口，并且在保温管200的两侧设置有泄压机构300，泄压机构300 与保温通道200A连通用于进行泄压。 [0049] 工作原理： [0050] 首先将抽取管抽取管100由裂缝延伸至干热岩层，使传导柱140插入干热岩层，同时负压泵形成负压力，利用负压力的作用使传导柱140传导的干热岩热能进入抽取管抽取管100，从而实现干热岩热能的抽取，并且在抽取的过程中地表一下的地热能流入地热能进入口，由于热能会上流，所以经过地热能进入口的地热能会流入保温通道200A，进而使地热能在保温通道200A形成热能屏障，这样在热传导过程中首先损耗热能屏障，达到降低干热岩热能在传输时的热能损耗的目的，提高干热岩热能的利用率。 [0051] 实施例2 [0052] 本实施例具体公开泄压机构300，请参阅图4所示，泄压机构300包括泄压箱310，泄压箱310的顶部和底部分别设置有上管道320和下通道330，其中： [0053] 请参阅图2所示，抽取管100和保温管200顶部之间的位置相对设置有两个中间块120，两个中间块120在保温通道200A之间形成泄压腔120A，上管道320的一端设置有集流罩 321，集流罩321与泄压腔120A连接，而上管道320的另一端与泄压箱310的顶部连通。 [0054] 工作原理： [0055] 保温通道200A内的地热能上移后会经过泄压腔120A进入集流罩321，再经过集流罩321进入上管道320，由上管道320进入泄压箱310，再通过下通道330排出，从而达到泄压的目的，而且集流罩321和泄压腔120A为相互吻合的扇形结构，从而扩大地热能的进入量，保证泄压强度。 [0056] 此外，请参阅图8所示，中间块120的两侧壁向内倾斜，以对进入泄压腔120A内的地热能进行导向，方便地热能快速进入泄压腔120A。 [0057] 实施例3 [0058] 考虑到地热能自然进入的话效率太低，为此，请参阅图3所示，抽取管100外壁底部位于保温管200覆盖范围内的位置上开设有流通槽130，保温通道200A位于流通槽130底部的位置上设置有受热板220，其中： [0059] 受热板220的顶部和底部分别形成蓄水腔和加热腔，也就是说，在受热板220上的蓄水腔内填充水，然后受抽取管100内的负压力影响，地热能进入口外围的地热能会内吸入保温通道200A，再进入流通槽130，这样会提高地热能的收集效率，而且抽取管100可以即传输地热能又传输干热岩热能； [0060] 与此同时，经过受热板220底部的地热能会对水进行加热，使其形成水蒸汽在保温通道200A上流，本实施例中的热能屏障由水蒸汽形成，另外，泄压机构300也同样起到泄压的作用，在此基础上，还能对泄压机构300进行进一步利用，即：请参阅图2所示，在保温管 200的外壁上开设有回流口210，下通道330与回流口210连接，并在上管道320靠近泄压箱 310竖直部分外设置有冷凝外管340，通过冷凝外管340对水蒸汽进行冷凝，使其再变成水流入泄压箱310，再由下通道330回流至受热板220的顶部，这样水能够在整个过程中进行循环利用。 [0061] 值得说明的是，本实施例中的冷凝外管340内设置冷凝器，其通过翅片对外围环境进行降温，达到冷凝的目的。 [0062] 实施例4 [0063] 请参阅图5所示，与实施例3不同的是，本实施例中，冷凝外管340内设置有螺旋流道341，螺旋流道341绕于上管道320外，并且冷凝外管340顶部通入地表水(即：冷凝水)，这样地表水进入冷凝外管340后沿螺旋流道341进行螺旋流动，保证地表水能够充分吸收热量，对水蒸汽进行冷凝，吸热后的地表水再经过冷凝外管340底部流出，这样不仅实现了水蒸汽的冷凝，还能对地表水进行加热。 [0064] 此外，泄压箱310内填充有砂砾层310A，填充时砂砾层310A顶面与泄压箱310顶部内壁之间形成预留腔310B，以保证水能够均匀流通，再利用砂砾层310A对水进行过滤，而且泄压箱310的底部设置收集板311，其内表面均向下通道330顶部开口处倾斜，以达到集流的目的，保证水能够顺利流入下通道330。 [0065] 除此之外，请参阅图7所示，下通道330的顶部开口内设置有隔板331，隔板331上开设有多个锥形槽332，锥形槽332底部孔径小于顶部孔径，从而使泄压箱310底部形成一个近似密闭层，这样随着水蒸汽的不断进入会增大泄压箱310内部的压强，从而使水快速经过砂砾层310A，当压强过大时会促使锥形槽332扩张，也保证了水的流出速度。 [0066] 实施例5 [0067] 请参阅图6所示，与实施例4不同的是，本实施例中，冷凝外管340为底部半径大顶部半径小的锥形结构，并且螺旋流道341的螺旋半径与冷凝外管340内径相匹配，这样水在螺旋流道341引流的过程中受离心力作用逐渐远离上管道320，这样吸热后的水不会对冷凝外管340外壁加热，其目的有两个： [0068] 一、不会影响地表水的受热； [0069] 二、不会影响水蒸汽的冷凝。 [0070] 实施例6 [0071] 考虑到地热能和干热岩热能同时传输热量较大，很有可能在抽取管100内出现能量的堆积，增大抽取管100内部的压强，这样就会对抽取管100造成损伤，为此，本实施例对抽取管100作出改进，请参阅图9所示，抽取管100顶部靠近集流罩321的一侧开设有泄压道 150，泄压道150内的顶壁向上倾斜，底壁向上突出形成“V”状的突出部151，泄压道150内的顶壁上设置有柔性的封板152，在压强低于或等于2.0Mpa时，封板152与突出部151贴合，当压强大于2.0Mpa时，封板152受压强作用与突出部151之间产生缝隙，压强越大，缝隙越大，这样抽取管100内的能量就会释放至保温通道200A内，再经过上管道320传输，上管道320内的热量也随之提高，这样对地表水的加热能力也随之增大，不仅能够进行泄压，还能对泄压的热量进行利用。 [0072] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。