[发明专利]一种地热阶梯举升装置

说明书

本发明属于地热举升设备技术领域，涉及一种地热阶梯举升装置，主体结构包括主体结构包括井筒、超长重力热管、增强换热器、上封隔器、下封隔器、同心双管换热器、热力发电机组、上橡胶封隔器和下橡胶封隔器，蒸发段中的工质被加热至沸腾产生蒸汽，蒸汽在压差作用下快速向上移动，将热量迅速携带上来，当蒸汽达到冷凝段后发生凝结，产生的液体在重力的作用下回流至蒸发段，同时，动力泵将冷水注入环腔，被高导热流体初步加热的冷水到达增强换热器后通过水流圆孔返回，通过螺旋肋片的旋流作用充分、快速加热形成热水，热水依次经过内管、闪蒸器、螺旋膨胀机、集汽器和凝汽器后通过冷凝泵冷凝回流至水池；其结构简单，原理科学可靠。

技术领域：

本发明属于地热举升设备技术领域，具体涉及一种地热阶梯举升装置，基于超长重力热管，利用热超导技术和阶梯举升技术开发地热资源。

背景技术：

随着人类社会的发展，传统的化石能源，例如煤、石油、天然气等已经很难满足当前人类对于可持续性发展与资源供给相平衡的要求，所以在探索、寻求替代能源时，发现了诸如太阳能、风能和地热能这些本身能量体巨大但利用率极小的能源。其中，地热能是一种储量大、分布广、稳定性好和可循环利用的清洁能源，经开发利用，能够持续提供大量能源而不毁坏生态。地热能的用途比较广泛，主要用于发电、供暖、温室种植和温泉等。目前，地热开采仍处于探索阶段，在地热开采过程中地源热泵技术和同心双管换热器技术得到了大量应用：地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源(如电能)实现由低品位热能向高品位热能转移的装置，通常地源热泵消耗1kWh的能量，可以得到4.4kWh以上的热量或冷量，地源热泵以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统，根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统，地源热泵技术在地表浅层地热(通常小于400m)的开发中发挥了重大作用。地源热泵技术存在两个关键性问题：地下水回灌和地下盘管，需要进一步完善和探讨；同心双管换热器技术在同一井内能够实现流体的内部闭式循环，开采深度可达3000m以上，且在运行过程中只取热、不采水，从根源上解决了环境污染和地面沉降问题，是一种可持续的地热开采方式。此外，热管技术充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，导热能力超过任何已知金属的导热能力，热管作为最有效的传热元件之一，能够迅速地将热能从一端高效地输送到另一端，近年来，热管技术在在余热回收方面取得了显著的成效。重力热管依靠热虹吸机理自行运行，不需要外加动力，与其他井下换热方式相比，重力热管的换热效率高，运行稳定，能够实现热能的远距离传输，且重力热管结构简单、取热不取水。利用重力热管提取地热必将成为一种有效利用地热资源的新途径，然而，高品质地热资源一般储存于数百甚至数千米的地表之下，尤其是干热岩，埋深一般超过3000m，而重力热管内部工质很难输运如此远的距离，从而限制了热管技术的应用。因此，研发设计一种能够实现高效开发地热层的地热阶梯举升装置，具有经济和社会效益。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种地热阶梯举升装置，远距离、高效的开发地热。

为了实现上述目的，本发明涉及的地热阶梯举升装置的主体结构包括主体结构包括井筒、超长重力热管、增强换热器、上封隔器、下封隔器、同心双管换热器、热力发电机组、上橡胶封隔器和下橡胶封隔器；埋置在地面下的井筒的内部设置有超长重力热管，超长重力热管自上而下分为冷凝段、绝热段和蒸发段，冷凝段的外圆周套设有增强换热器，绝热段通过上封隔器和下封隔器锚定在井筒的内部，增强换热器的顶端与同心双管换热器的底端连接，同心双管换热器与设置在地面上的热力发电机组连接，同心双管换热器与井筒之间设置有上橡胶封隔器和下橡胶封隔器。

本发明涉及的井筒的主体结构包括生产套管、技术套管、表层套管和射孔；内空式结构的生产套管的顶端内凹处套设有环状结构的技术套管，技术套管的顶端内凹处套设有环状结构的表层套管，生产套管的底端开设有射孔。