CN102538265A - 一种从地壳增温层获取热量的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从地壳增温层获取热量的方法及相应的地热获取装置。目的是提供的方法应能在获取热量的同时有效保护环境的特点，提供的装置应具有效率高及结构简单的特点。技术方案是：一种从地壳增温层获取热量的方法，按照以下步骤进行：1）在地壳上钻出深度大于800米的深井；2）把U形管放入深井中并进行固定，U形管的进水管的管口及出水管的管口均设置在地面上；进水管上装有止回阀，出水管上安装有阀门；3）将水管与进水管的管口连通并注入水。一种从地壳增温层获取热量的装置，包括深井；深井往下延伸至地壳增温层；深井中配置有U形管，U形管往下悬伸至深井底部；进水管上装有止回阀，进水管的管口与水管接通；出水管上装有阀门。

Description

一种从地壳增温层获取热量的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种从地壳增温层获取热量的方法以及相应的地热获取装置。 

背景技术

地热能一种来自于地球内部的能量，主要是由放射性元素衰变而产生的，在地球内部温度最高可达几千摄氏度，并且地热能通过地下水的深处循环和极深处的岩浆侵入被带至地表附近。全球各个地区的地热增温率各不相同，在亚洲，大约每增深100米，温度增高2.5℃；在北美洲，大约每增深100米，温度增高2～2.5℃。因此地热能是一种具有清洁和可再生的能源，其开发前景十分广阔。

地壳中的温度可分三层：第一层叫外热层（变温层），该层主要接收来自太阳的辐射热能，该层温度随纬度的高低、海陆分布、季节、昼夜和植被的变化而不同；第二层叫常温层（恒温层），该层为外热层的下部界面（即内、外热层的分界面），该层温度大致为当地的年平均温度；第三层叫内热层（增温层），该层不受太阳辐射的影响，主要接收来自地球内部的地热能，其次接收由其他能量（如机械能、化学能、重力能、旋转能等）转化而来的热能。

目前开采地热能的主要方式是抽取地热水，即将深井打至地下深层的岩层中，抽取深层地下水至地表进行热交换。在地热水资源丰富的地区，开采地热水不仅运行费用低廉（仅在建设时需要较大的投入），可用于供热和发电，而且能有效地降低石油的消耗，降低碳排放。

但是该开采方式还有不足之处：在我国许多地区，通常出于成本考虑，冷却后的地热水没有进行回灌处理，直接排放于地表，略带余温的地热水会对土壤造成热污染，同时由于地热水中一般含有氟、硫等有害物质，也会对土壤造成化学污染；并且无规划地私自开采地热水，会使得地下水水位下降，容易引起底面沉降，引发地质灾害。 

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种从地壳增温层中获取热量的方法，该方法应能在获取热量的同时有效保护环境。

本发明的另一目的是提供一种从地壳增温层中获取热量的装置，该装置应具有效率高、使用寿命长以及结构简单、投资较小、运行成本较低的特点。

本发明采用的技术方案是：

一种从地壳增温层获取热量的方法，按照以下步骤进行：

1）利用钻机或钻孔设备，在地壳上钻出深度大于800米的深井；

2）把相应长度的金属材料制作的U形管放入深井中并进行固定，U形管的进水管的管口以及出水管的管口均设置在地面上；进水管上安装有止回阀，出水管上安装有阀门；

3）将连通压力水源的水管与进水管的管口连通并注入水，出水管的管口即能输出高温水或/和蒸汽。

所述U形管的底端为一水箱，所述进水管和出水管的底端均与该水箱相连通。

所述U形管的出水管，离地面800米处至地面部份的外表面敷有保温材料。

所述深井的深度为1000米-3000米。

一种从地壳增温层获取热量的装置，包括利用钻机在地壳上竖直钻制而形成的深井；其特征在于：所述深井往下延伸至地壳增温层，深度大于800米；深井中还配置有金属材料制成以利于用于输水的U形管，该U形管往下悬伸至深井底部而其进水管的管口和出水管的管口均在地面；进水管上安装有止回阀，进水管的管口与连通压力水源的水管接通；出水管上安装有开关用的阀门。

所述U形管的底端为一水箱，所述进水管和出水管的底端均与该水箱相连通。

所述进水管的底端管口还在水箱内往下延伸一段距离，以利于冲刷去垢。

所述U形管为不锈钢管。

所述U形管的出水管，离地面800米处至地面部份的外表面敷有保温材料。

所述深井的深度为1000米至3000米。

本发明的工作原理是：从进水管管口输入的水进入深井后，经地壳增温层加热转变成热水或蒸汽回到地面，从出水管管口排出即可进行利用：高压蒸汽可用于汽轮机发电，热水或蒸汽都可用于供暖。

本发明的有益效果是：本发明只要在进水管输入水就能通过U形管管壁与增温层中的地下水进行热交换，因而热交换效率较高；在有效利用地热能量、减少石油煤炭等传统能源的消耗的同时，避免了原有方式（将地下水抽取至地表进行热交换）产生的热污染和化学污染，也能避免地下水回灌至地底时污染地下水源而导致的二次污染；另外还能避免过度抽取地下水引发水位下降，防止地面沉降；具有环保和节能的特点。此外，本发明提供的装置结构简单，制作难度不高；采用耐腐蚀的不锈钢的管道，还具有使用寿命长、运行成本较低的特点。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

如图1所示，采用本发明提供的方法制成的地壳增温层取热装置，主体为一置于深井1中的U形管2；该深井是用千米钻机或其它钻孔设备钻出的深井，深井的直径一般在20厘米至120厘米左右，深井的深度大于800米，通常在1000米至3000米左右（在1000米至2000米时整套装置的性价比最佳）。

所述U形管一般应采用导热效果优异以及耐腐蚀的金属管道（优选不锈钢管），U形管的两端管道分别为进水管2-1和出水管2-2，分别连通底部的水箱2-5（水箱通常与进水管以及出水管焊接固定；水箱大小根据需要确定）。进水管管径一般为10cm～30cm，并且其底端管口2-6可在水箱内往下延伸若干距离（该距离可根据需要确定），以使水的流速（图中箭头表示水流方向）加快获得冲刷效果，减小水垢的产生。出水管管径一般大于进水管管径，并且出水管在水箱内的管口位置应高于进水管。压力水源（采用水泵压水或直接接通自来水）通过管道接通进水管后进入深井，吸收地下水的热量再回到地面从出水管排出，即可加以利用；U形管的进水管上装有止回阀3，以防止热水从进水管回流；出水管上装有阀门7，用于控制出水。U形管的出水管上外敷保温材料4，该保温材料可用石棉或塑料发泡材料制成，可以减少在水流上升过程中的热量流失，一般从距离地面800米至地面6的部分应当敷上该保温材料。另外，还可在距离地面一定范围内在井壁与U形管之间加设井塞5（深井的常规结构）对U形管进行封闭加固；该井塞的材料通常用保温材料（石棉等）制成。

此外，U形管需定期进行除垢处理；通常可在进水管中输入酸洗液，关闭出水管并静止一段时间；待除去进水管、出水管内壁上的水垢后，排尽U形管内的水并进行适当冲刷后即成。

U形管中的水经过地壳增温层加热后变成热水或水蒸汽从出水管排出，高压蒸汽可用于汽轮机发电，热水和蒸汽可用于供暖。 

Claims (10)

1.一种从地壳增温层获取热量的方法，按照以下步骤进行：1）利用钻机或钻孔设备，在地壳上钻出深度大于800米的深井；2）把相应长度的金属材料制作的U形管（2）放入深井中并进行固定，U形管的进水管（2-1）的管口以及出水管（2-2）的管口均设置在地面上；进水管上安装有止回阀，出水管上安装有阀门；3）将连通压力水源的水管与进水管的管口连通并注入水，出水管的管口即能输出高温水或/和蒸汽。

2.根据权利要求1所述的一种从地壳增温层获取热量的方法，其特征在于所述U形管的底端为一水箱（2-5），所述进水管和出水管的底端均与该水箱相连通。

3.根据权利要求2所述的一种从地壳增温层获取热量的方法，其特征在于所述U形管的出水管，离地面800米处至地面部份的外表面敷有保温材料（4）。

4.根据权利要求3所述的一种从地壳增温层获取热量的方法，其特征在于所述深井的深度为1000米-3000米。

5.一种从地壳增温层获取热量的装置，包括利用钻机在地壳上竖直钻制而形成的深井（1）；其特征在于：所述深井往下延伸至地壳增温层，深度大于800米；深井中还配置有金属材料制成以利于用于输水的U形管（2），该U形管往下悬伸至深井底部而其进水管（2-1）的管口和出水管（2-2）的管口均在地面；进水管上安装有止回阀（3），进水管的管口与连通压力水源的水管接通；出水管上安装有开关用的阀门（7）。

6.根据权利要求5所述的一种从地壳增温层获取热量的装置，其特征在于所述U形管的底端为一水箱（2-5），所述进水管和出水管的底端均与该水箱相连通。

7.根据权利要求6所述的一种从地壳增温层获取热量的装置，其特征在于所述进水管的底端管口（2-6）还在水箱内往下延伸一段距离，以利于冲刷去垢。

8.根据权利要求7所述的一种从地壳增温层获取热量的方法，其特征在于所述U形管为不锈钢管。

9.根据权利要求8所述的一种从地壳增温层获取热量的装置，其特征在于所述U形管的出水管，离地面800米处至地面部份的外表面敷有保温材料（4）。

10.根据权利要求9所述的一种从地壳增温层获取热量的装置，其特征在于所述深井的深度为1000米至3000米。