CN113028664B - 一种开采干热岩地热资源的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种开采干热岩地热资源的装置，属于能源开采设备领域，包括输入管道、换热模块、输出管道和热交换模块；换热模块包括多个换热单元，多个换热单元套设在输出管道上并沿输出管道高度方向均匀排布，输入管道设置在输出管道一侧；每个换热单元上设置有进口和出口，进口与输入管道连通，出口与输出管道连通；热交换模块包括热交换终端和介质终端，热交换终端和介质终端连通，输入管道的上端通过换热泵与介质终端连通，输出管道上端通过换热管道与热交换终端连通。该装置通过设置多个换热单元实现了分层采集，解决了深层压力大热能受阻的问题，大大提高了换热介质与干热岩体接触的时间，减少热能衰减的速度，从而提高了换热效率。

Description

一种开采干热岩地热资源的装置
技术领域
本发明属于能源开采设备领域，具体涉及一种开采干热岩地热资源的装置。
背景技术
地热能是具有较大前景的可再生能源之一，与其他新能源如太阳能、风能和生物质能相比，其具有分布广、储量大、可再生、应用清洁、受外界影响小 (如昼夜，风速，温差)等特征，因此受到能源开发领域的关注。随着科技及地质探勘开发技术的大力提高和发展，储层在底层深部的地热资源越来越受到能源开发者的关注。干热岩地热资源由于不受地理限制及量大分布广泛已经成为未来地热能开发的重要领域。
地热资源的利用率高低取决于资源开采所用的工具和方法，目前，干热岩地热资源的开采设备主要是采用管状传输工具，将管状工具置于干热岩地热资源中，然后向管状传输工具中注入热交换液体，通过热交换液体将干热岩地热资源的热能吸收并传输至地面，然后再通过放热过程将吸收的热能进行收集，从而达到地热资源开采的目的。
这种管状传输工具虽然能够达到地热资源开采的目的，但是由于地下压力大，加大了蒸汽阻力，收集能耗大，且管状工具受热面积有限，降低了热交换率。
因此，本申请提出一种开采干热岩地热资源的装置。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种开采干热岩地热资源的装置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种开采干热岩地热资源的装置，包括输入管道、换热模块、输出管道和热交换模块；
所述换热模块包括多个换热单元，多个所述换热单元套设在所述输出管道上并沿所述输出管道高度方向均匀排布，所述输入管道设置在所述输出管道一侧；每个所述换热单元上设置有进口和出口，所述进口与所述输入管道连通，所述出口与所述输出管道连通；
所述热交换模块包括热交换终端和介质终端，所述热交换终端和介质终端连通，所述输入管道的上端通过换热泵与所述介质终端连通，所述输出管道上端通过换热管道与所述热交换终端连通；
每个所述换热单元均包括从上到下依次设置且穿过所述输出管道的套环、转盘、顶盘和底盘，所述转盘和顶盘抵接，所述底盘与所述输出管道外壁固定连接，所述套环与所述输出管道转动连接，所述顶盘和底盘之间设置有多个热交换管，所述热交换管与所述顶盘和底盘连通；
所述顶盘上开设有排热口，所述转盘上开设有与所述排热口配合的热能出口，所述套环与其对应的所述输出管道上开设有热能采集口，所述热能采集口通过弯管与所述热能出口连通；所述顶盘还设置有介质入口，所述输入管道上开设有与所述介质入口对应的介质出口，所述介质入口和介质出口通过介质导通管连通；
每个所述套环和转盘通过一个转动驱动模块驱动绕所述输出管道转动，使得所述排热口与所述热能出口导通或断开。
优选地，多个所述热交换管竖向排布在所述顶盘和底盘之间，其上下两端分别与所述顶盘和底盘连通。
优选地，所述转盘底部设置有密封圈，所述密封圈底部与所述顶盘顶部密封接触。
优选地，所述转盘包括盘体和沿所述盘体周向设置的挡圈，所述顶盘外壁沿周向设置有滑槽，所述滑槽内设置有密封条，所述挡圈内壁沿周向设置有与所述滑槽配合的限位条，所述限位条卡在所述滑槽内，所述转动驱动模块驱动所述转盘绕所述滑槽转动。
优选地，每个所述转动驱动模块包括导杆和两个电磁铁，每个所述换热单元的套环上均设置有一个支座，所述导杆上端与所述支座固定连接，两个所述电磁铁正对所支座相对间隔设置在该换热单元的底盘底部，所述导杆下端两侧均设置有拉簧，两个所述拉簧末端均设置有衔铁块，一个所述衔铁块正对一个所述电磁铁。
优选地，所述转盘和顶盘与所述输出管道之间留有间隙，所述导杆穿过所述间隙。
优选地，所述热交换终端上设置有导出管路。
本发明提供的开采干热岩地热资源的装置具有以下有益效果：
该装置通过在不同高度设置多个换热单元，实现了分层采集，分层采集扩大了受热面积，大大提高了换热介质与干热岩体接触的时间，热能收集过程中损耗减小，从而提高了换热效率；同时分层采集减少了深层蒸汽压力的阻挡，解决了深层压力大热能受阻的问题，能源利用率提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的开采干热岩地热资源的装置的结构示意图；
图2为换热单元的结构示意图一；
图3为换热单元的结构示意图二；
图4为转动驱动模块的俯视图；
图5为本发明实施例1的开采干热岩地热资源的装置的侧视图；
图6为图5的A-A剖视图。
附图标记说明：
输入管道1、输出管道2、换热单元3、套环31、转盘32、顶盘33、底盘 34、热交换管35、弯管36、介质导通管37、热交换终端4、介质终端5、换热泵6、换热管道7、转动驱动模块8、导杆81、电磁铁82、支座83、拉簧84、衔铁块85、导出管路9、热岩地热资源10。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
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”、“轴向”、“径向”、“周向”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的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
实施例1
本发明提供了一种开采干热岩地热资源的装置，具体如图1至图6所示，包括输入管道1、换热模块、输出管道2和热交换模块；输入管道1用于输入换热介质，换热模块用于承载换热介质、并使得换热介质与热岩地热资源10 进行热交换，交换后形成热蒸汽，并通过输出管道2用于输出交换后的热能，热交换模块用于接收输出管道2输出的热能。
具体的，本实施例中换热模块包括多个换热单元3，多个换热单元3套设在输出管道2上并沿输出管道2高度方向均匀排布，输入管道1设置在输出管道2一侧；每个换热单元3上设置有进口和出口，进口与输入管道1连通，出口与输出管道2连通；输入管道1通过进口将换热介质输送进换热单元3，换热单元3通过出口将热蒸汽输送至输出管道2。
热交换模块包括热交换终端4和介质终端5，热交换终端4和介质终端5 连通，输入管道1的上端通过换热泵6与介质终端5连通，输出管道2上端通过换热管道7与热交换终端4连通，热交换终端4用于热能的交换，介质终端 5用于储存换热介质。本实施例中，热交换终端4上设置有导出管路9，并将热能进行转换。
进一步地，如图2和图3所示，本实施例中，每个换热单元3均包括从上到下依次设置且穿过输出管道2的套环31、转盘32、顶盘33和底盘34，转盘 32和顶盘33抵接，底盘34与输出管道2外壁固定连接，套环31与输出管道2 转动连接，顶盘33和底盘34之间设置有多个热交换管35，热交换管35与顶盘33和底盘34连通，多个热交换管35用于存放换热介质，多个热交换管35 增加了热接触面积，提高了热能吸收率。
顶盘33上开设有排热口，转盘32上开设有与排热口配合的热能出口，套环31与其对应的输出管道2上开设有热能采集口，热能采集口通过弯管36与热能出口连通；顶盘33还设置有介质入口，输入管道1上开设有与介质入口对应的介质出口，介质入口和介质出口通过介质导通管37连通；每个套环31和转盘32通过一个转动驱动模块8驱动绕输出管道2转动，使得排热口与热能出口导通或断开。具体为，转动驱动模块8驱动套环31和转盘32转动，当转盘 32的热能出口转动至顶盘33上的排热口上，热能出口与排热口重合或部分重合时，热交换管35内的热蒸汽穿过热能出口与排热口，并通过弯管36进入热能采集口后从输出管道2排出至热交换模块，具体流向如图6所示。当热能出口与排热口错开不连通时，热蒸汽不能进入到输出管道2内。由于干热岩地热资源的埋深不同，各层的压力不同换热速度不同，可通过每个换热单元3的转动驱动模块8单独控制各自的套环31和转盘32转动，控制不同深度的换热单元3的热交换时间及排热时间点，提高了换热效率。
具体的，本实施例中，多个热交换管35竖向排布在顶盘33和底盘34之间，其上下两端分别与顶盘33和底盘34连通，竖向排布使得整个结构更加简单，加工方便，节省成本。
为了防止气体泄漏，本实施例中，转盘32底部设置有密封圈，密封圈底部与顶盘33顶部密封接触。进一步地，本实施例中，转盘32包括盘体和沿盘体周向设置的挡圈，顶盘33外壁沿周向设置有滑槽，滑槽内设置有密封条，挡圈内壁沿周向设置有与滑槽配合的限位条，限位条卡在滑槽内，转动驱动模块8 驱动转盘32绕滑槽转动。通过密封圈和密封条的双层密封结构，既保证了气体泄漏的隐患，同时满足转盘32转动的结构要求。
由于气体的穿透性强，要采集换热后的热蒸汽只需排热口与热能出口有一定的连通即可使得热蒸汽穿过并对其进行采集，因此本实施例中采用电磁铁的磁吸原理来驱动套环31和转盘32的转动。具体为，如图4所示，每个转动驱动模块8包括导杆81和两个电磁铁82，每个换热单元3的套环31上均设置有一个支座83，导杆81上端与支座83固定连接，两个电磁铁82正对所支座83 相对间隔设置在该换热单元3的底盘34底部，导杆81下端两侧均设置有拉簧 84，两个拉簧84末端均设置有衔铁块85，一个衔铁块85正对一个电磁铁82。其中，电磁铁82包括线圈和铁芯，当一侧电磁铁82的线圈通电后，铁芯 和衔铁块85被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁块85开始向着铁芯 方向运动，导杆81在衔铁块85 的带动下向一端偏移，导杆81进而带动对应的套环31和转盘32转动一定角度，使得排热口与热能出口部分或全部重合。当一侧电磁铁82线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反作用力，衔铁块85将在反作用力的作用下释放，导杆81带动对应的套环31和转盘32向相反方向转动，排热口与热能出口完全错开；此时另一侧电磁铁82的线圈通电，将导杆81吸附。
进一步地，本实施例中，转盘32和顶盘33与输出管道2之间留有间隙，导杆81穿过间隙，简化整个装置的结构。
该装置通过在不同高度设置多个换热单元，实现了分层采集，分层采集扩大了受热面积，大大提高了换热介质与干热岩体接触的时间，热能收集过程中损耗减小，从而提高了换热效率；同时分层采集减少了深层蒸汽压力的阻挡，解决了深层压力大热能受阻的问题，能源利用率提高。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种开采干热岩地热资源的装置，其特征在于，包括输入管道(1)、换热模块、输出管道(2)和热交换模块；
所述换热模块包括多个换热单元(3)，多个所述换热单元(3)套设在所述输出管道(2)上并沿所述输出管道(2)高度方向均匀排布，所述输入管道(1)设置在所述输出管道(2)一侧；每个所述换热单元(3)上设置有进口和出口，所述进口与所述输入管道(1)连通，所述出口与所述输出管道(2)连通；
所述热交换模块包括热交换终端(4)和介质终端(5)，所述热交换终端(4)和介质终端(5)连通，所述输入管道(1)的上端通过换热泵(6)与所述介质终端(5)连通，所述输出管道(2)上端通过换热管道(7)与所述热交换终端(4)连通；
每个所述换热单元(3)均包括从上到下依次设置且穿过所述输出管道(2)的套环(31)、转盘(32)、顶盘(33)和底盘(34)，所述转盘(32)和顶盘(33)抵接，所述底盘(34)与所述输出管道(2)外壁固定连接，所述套环(31)与所述输出管道(2)转动连接，所述顶盘(33)和底盘(34)之间设置有多个热交换管(35)，所述热交换管(35)与所述顶盘(33)和底盘(34)连通；
所述顶盘(33)上开设有排热口，所述转盘(32)上开设有与所述排热口配合的热能出口，所述套环(31)与其对应的所述输出管道(2)上开设有热能采集口，所述热能采集口通过弯管(36)与所述热能出口连通；所述顶盘(33)还设置有介质入口，所述输入管道(1)上开设有与所述介质入口对应的介质出口，所述介质入口和介质出口通过介质导通管(37)连通；
每个所述套环(31)和转盘(32)通过一个转动驱动模块(8)驱动绕所述输出管道(2)转动，使得所述排热口与所述热能出口导通或断开。
2.根据权利要求1所述的开采干热岩地热资源的装置，其特征在于，多个所述热交换管(35)竖向排布在所述顶盘(33)和底盘(34)之间，其上下两端分别与所述顶盘(33)和底盘(34)连通。
3.根据权利要求1所述的开采干热岩地热资源的装置，其特征在于，所述转盘(32)底部设置有密封圈，所述密封圈底部与所述顶盘(33)顶部密封接触。
4.根据权利要求3所述的开采干热岩地热资源的装置，其特征在于，所述转盘(32)包括盘体和沿所述盘体周向设置的挡圈，所述顶盘(33)外壁沿周向设置有滑槽，所述滑槽内设置有密封条，所述挡圈内壁沿周向设置有与所述滑槽配合的限位条，所述限位条卡在所述滑槽内，所述转动驱动模块(8)驱动所述转盘(32)绕所述滑槽转动。
5.根据权利要求4所述的开采干热岩地热资源的装置，其特征在于，每个所述转动驱动模块(8)包括导杆(81)和两个电磁铁(82)，每个所述换热单元(3)的套环(31)上均设置有一个支座(83)，所述导杆(81)上端与所述支座(83)固定连接，两个所述电磁铁(82)正对所支座(83)相对间隔设置在该换热单元(3)的底盘(34)底部，所述导杆(81)下端两侧均设置有拉簧(84)，两个所述拉簧(84)末端均设置有衔铁块(85)，一个所述衔铁块(85)正对一个所述电磁铁(82)。
6.根据权利要求5所述的开采干热岩地热资源的装置，其特征在于，所述转盘(32)和顶盘(33)与所述输出管道(2)之间留有间隙，所述导杆(81)穿过所述间隙。
7.根据权利要求1所述的开采干热岩地热资源的装置，其特征在于，所述热交换终端(4)上设置有导出管路(9)。
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