RU2047055C1

RU2047055C1 - Geothermal device

Info

Publication number: RU2047055C1
Application number: SU915009932A
Authority: RU
Inventors: Николай Степанович Зеленин
Original assignee: Николай Степанович Зеленин
Priority date: 1991-11-19
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: navigation. SUBSTANCE: geometrical device mounted in well at depth of hot strata whose temperature does not exceed 353 K has geothermal pipe closed at ends with peripheral and inner walls between which stiffeners run along generatrices and two walls which divide chamber formed by inner wall in half. Lower part of inner wall is made of light alloy and is lowered deeper than peripheral wall together with walls dividing the chamber; at top, chambers of inner wall are connected with ground piping system where river water is used as geothermal agent because no ground energy is required for pumping this agent. Geothermal device and its piping system are located on banks of navigable rivers making use of underground heat for year-round navigation; device is ecologically pure and economically effective for realization. EFFECT: ecologically pure device which enhanced economical efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение касается извлечения глубинного тепла Земли и предназначено преимущественно к использованию на реках для поддержания свободной поверхности воды ото льда на фарватерах водных путей в зимнее время. The invention relates to the extraction of deep heat of the Earth and is intended primarily for use on rivers to maintain the free surface of water from ice on the fairways of waterways in winter.

Известны аналоги устройств для извлечения глубинного тепла Земли (авт. св. СССР N 800513, кл. F 24 J 3/02, опублик. 1981, авт.св. СССР N 1218264, кл. F 24 J 3/08, опублик. 1986). В этих аналогах принимаются дополнительные агрегаты, использующие надземную энергию для функционирования устройств. Known analogues of devices for extracting the deep heat of the Earth (ed. St. USSR N 800513, class F 24 J 3/02, published. 1981, ed. St. USSR N 1218264, class F 24 J 3/08, published. 1986 ) In these analogues, additional units are used that use above-ground energy for the operation of devices.

За прототип принято устройство по авт.св. СССР N 1402777, кл. F 24 J 3/08, опублик, 1988. For the prototype, the device is taken according to ed. USSR N 1402777, class F 24 J 3/08, published, 1988.

Недостатками прототипа являются наличие тепловых насосов, потребляющих надземную энергию, использование дополнительного материала для защиты наружной поверхности труб, в частности от коррозии, и отсутствие защиты от коррозии внутренних поверхностей труб. The disadvantages of the prototype are the presence of heat pumps that consume elevated energy, the use of additional material to protect the outer surface of the pipes, in particular from corrosion, and the lack of corrosion protection of the inner surfaces of the pipes.

В предлагаемом геотермальном устройстве, установленном в скважину на глубину горячих пластов и содержащем геотермотрубу с боковыми, содержащими верхние и нижние участки, и торцовыми стенками, разделенную внутренней перегородкой на две полости, соединенные с надземной системой трубопроводов, заполненных геотермоносителем; упомянутые верхние участки боковой стенки и перегородка выполнены полыми, причем в полом участке стенки установлены ребра жесткости, длина этого полого участка меньше длины полой перегородки, имеющей по оси трубы ребро жесткости, а геотермонагреватель выполнен из легких сплавов и верхним торцом заформован на уровне нижнего торца наружной боковой стенки с нижней частью внутренней боковой стенки геотермотрубы, где геотермоносителем является проточная речная вода, а горячие пласты выбираются с температурой, не превышающей 353 К. In the proposed geothermal device installed in the well to the depth of the hot seams and containing a geothermal pipe with side walls containing upper and lower sections and end walls, divided by an internal partition into two cavities connected to an above-ground piping system filled with a geothermal carrier; said upper sections of the side wall and the partition are hollow, and stiffeners are installed in the hollow section of the wall, the length of this hollow section is less than the length of the hollow partition, which has a stiffener along the pipe axis, and the geothermal heater is made of light alloys and the upper end is molded at the level of the lower end of the outer side wall with the lower part of the inner side wall of the geothermal pipe, where the flowing river water is the geothermal carrier, and the hot layers are selected with a temperature not exceeding 353 K.

На фиг. 1 схематически изображено геотермальное устройство с системой трубопроводов; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг.1 (схема водозаборного трубопровода); на фиг.4 вид по стрелке В на фиг.1 (схема водорасходного трубопровода); на фиг.5 вид по стрелке Г на фиг.1. In FIG. 1 schematically shows a geothermal device with a piping system; in FIG. 2 section aa in figure 1; figure 3 view along arrow B in figure 1 (diagram of the intake pipe); figure 4 is a view along arrow B in figure 1 (diagram of a water discharge pipeline); figure 5 is a view along arrow G in figure 1.

Геотермальное устройство, установленное в скважину горячих пластов, не превышающих температуру 353 К, содержит трубу 1 с боковыми стенками 2 и 3, между которыми по образующим имеются ребра 4 жесткости в количестве, например, трех, расположенных под углом 120^о (см. фиг.2).Geothermal device installed in the wellbore hot reservoir without exceeding the temperature of 353 K, comprises a tube 1 with side walls 2 and 3 between which the generators are ribs 4 rigidity in an amount, for example, three disposed at an angle ¹²⁰ (see. FIG. 2).

Внутренняя полость, образованная боковой стенкой 3 (см. фиг.2), разделена полой перегородкой 5 на две равные полости 6 и 7. Перегородка 5 вдоль оси трубы 1 имеет ребро 8 жесткости, проходящее по всей ее длине. Верхний торец боковой стенки 3 герметически закрыт торцовой стенкой 9. The internal cavity formed by the side wall 3 (see FIG. 2) is divided by the hollow partition 5 into two equal cavities 6 and 7. The partition 5 along the axis of the pipe 1 has a stiffening rib 8 extending along its entire length. The upper end of the side wall 3 is hermetically closed by the end wall 9.

Наружная боковая стенка 2 является теплоизоляцией для внутренней боковой стенки 3. Дополнительной изоляцией являются воздушные зазоры 10 и 11, герметично закрытые торцовыми стенками 12 и 13 соответственно. The outer side wall 2 is thermal insulation for the inner side wall 3. The additional insulation is the air gaps 10 and 11, hermetically closed by the end walls 12 and 13, respectively.

Нижняя часть внутренней боковой стенки 3 трубы 1 установлена глубже в скважину по отношению к наружной боковой стенке 2 и является геотермонагревателем, а нижний ее торец закрыт торцовой стенкой 14 с внутренней поверхностью 15, выполненной по сфере для уменьшения местного сопротивления потоку теплоносителя. Соединение полостей 6 и 7 внизу геотермонагревателя обеспечивается зазором между торцовой стенкой 14 боковой стенки 3 и торцовой стенкой 13 перегородки 5. The lower part of the inner side wall 3 of the pipe 1 is installed deeper into the well relative to the outer side wall 2 and is a geothermal heater, and its lower end is closed by an end wall 14 with an inner surface 15 made in a sphere to reduce local resistance to the flow of the coolant. The connection of the cavities 6 and 7 at the bottom of the geothermal heater is provided by the gap between the end wall 14 of the side wall 3 and the end wall 13 of the partition 5.

Для сквозного движения теплоносителя (речная вода) предназначена надземная система трубопроводов, содержащая трубы водозабора и водорасхода. For the through flow of the coolant (river water), an above-ground piping system is designed that contains pipes for water intake and water consumption.

Водозаборная труба 16 (см. фиг.1) соединена с полостью 6 внутренней боковой стенки 3 у верхнего торца, оканчивается приемником 17, выполненным, например, в форме конфузора, и закрыта сеткой, выполненной по сфере и подкрепленной ребрами (не показана). Приемник 17 входным отверстием направлен против течения реки. The intake pipe 16 (see Fig. 1) is connected to the cavity 6 of the inner side wall 3 at the upper end, terminates in a receiver 17 made, for example, in the shape of a confuser, and closed with a mesh made around a sphere and reinforced with ribs (not shown). The receiver 17 inlet is directed against the river.

Для очистки воды (см. фиг.1) от взвешенных примесей на линии трубопровода 16 установлен фильтр 18. Для обеспечения очистки воды установлены проходной вентиль 19 и вентиль 20 с обратным клапаном, открывающимся по направлению движения теплоносителя. Для контроля давления теплоносителя установлен манометр 21. при периодической очистке фильтра 18 подача теплоносителя предусмотрена через запасной отвод 22 с идентичными соответственно установленными фильтром 23 и вентилями 24 и 25. To purify water (see Fig. 1) from suspended impurities, a filter 18 is installed on the line of the pipeline 16. To ensure water purification, a check valve 19 and a valve 20 with a non-return valve opening in the direction of movement of the coolant are installed. To control the pressure of the coolant, a pressure gauge 21 is installed. During periodic cleaning of the filter 18, the coolant is supplied through a spare outlet 22 with identical respectively installed filter 23 and valves 24 and 25.

На участке трубы 16, входящем в воду, предусмотрена теплоизоляция, например, из трубы с загерметизированным воздушным зазором по торцам с трубой 16 (не показано). Thermal insulation is provided on the pipe section 16 that enters the water, for example, from a pipe with a sealed air gap at the ends with pipe 16 (not shown).

Труба 16, находящаяся в воде, имеет (см. фиг.3) тросовую подвеску 26 (пригруз) против всплывания, а конец трубы 16 с приемником 17 и магистраль закреплены на якорях 27 с якорными тросами 28 и поплавками 29 на поплавковых тросах 30. Приемник 17 расположен вне фарватера, например около судоходного буя 31. The pipe 16, located in the water, has (see Fig. 3) a cable suspension 26 (load) against floating, and the end of the pipe 16 with a receiver 17 and the trunk are fixed at anchors 27 with anchor cables 28 and floats 29 on the float cables 30. The receiver 17 is located outside the fairway, for example near a shipping buoy 31.

Водорасходная труба 32 (см. фиг.1) соединена с полостью 7 внутренней боковой стенки 3 у верхнего торца и оканчивается перфорированными трубами 33 в одну и более ниток, установленными вдоль фарватера реки прямолинейно или зигзагом в горизонтальной плоскости. The water pipe 32 (see Fig. 1) is connected to the cavity 7 of the inner side wall 3 at the upper end and ends with perforated pipes 33 in one or more threads installed along the river fairway in a straight line or zigzag in the horizontal plane.

Подводный участок трубы 32 (см. фиг.4 и 5) и перфорированные трубы 33 имеют тросовую подвеску (пригруз) против всплывания, якоря 35 с якорными тросами 36 и поплавками 37 с поплавковыми тросами 38. The underwater section of the pipe 32 (see FIGS. 4 and 5) and the perforated pipes 33 have a cable suspension (load) against floating, anchors 35 with anchor cables 36 and floats 37 with float cables 38.

Водорасходная труба 32 имеет теплоизоляцию в подводной части, например, из трубы до первой нитки перфорированных труб 33 с воздушным зазором загерметизированным по торцам с трубой 32 (не показано). The water supply pipe 32 has thermal insulation in the underwater part, for example, from the pipe to the first string of perforated pipes 33 with an air gap sealed at the ends with pipe 32 (not shown).

Надводные участки труб 16 и 32 соответственно с подводными участками имеют фланцевые соединения 39 около уреза воды на берегу для выемки подводных участков с целью осмотра, очистки и ремонта. The surface sections of the pipes 16 and 32, respectively, with the underwater sections have flange connections 39 near the shoreline for excavation of the underwater sections for inspection, cleaning and repair.

Надводные участки труб 16 и 32 уложены, например, на бетонные стойки 40 и закреплены. Surface sections of pipes 16 and 32 are laid, for example, on concrete racks 40 and secured.

Для контроля за давлением и температурой теплоносителя установлены манометр 41 и термометр 42 соответственно. To control the pressure and temperature of the coolant installed manometer 41 and thermometer 42, respectively.

Надземная система трубопроводов, фильтры и вентили имеют теплоизоляцию, загерметизированную от поступления паводковых вод (не показана). The aboveground piping system, filters, and valves have heat insulation that is sealed against floodwater (not shown).

Геотермальное устройство, система трубопроводов и теплоизоляция выполнены из полиэтиленовых труб и листов с антиоксидантом и стабилизаторами. The geothermal device, piping system and thermal insulation are made of polyethylene pipes and sheets with antioxidant and stabilizers.

Геотермонагреватель внутренней боковой стенки 3 установлен глубже в скважину (см. фиг.1) и выполнен, например, из алюминиевых сплавов, а верхней частью заармирован и заформован с нижней полиэтиленовой внутренней боковой стенкой 3. Перегородка 5 из полиэтилена пропущена в геотермонагреватель и присоединена к нему по образующим, например, на основе эпоксидной смолы. The geothermal heater of the inner side wall 3 is installed deeper into the well (see Fig. 1) and is made, for example, of aluminum alloys, and the upper part is reinforced and molded with the lower polyethylene inner side wall 3. A partition 5 made of polyethylene is passed into the geothermal heater and attached to it by forming, for example, based on epoxy resin.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Через входное отверстие приемника 17 теплоноситель (речная вода) под давлением, создаваемым течением реки, проходит в водозаборной трубе 16, фильтре 18, задерживающем взвешенные примеси, и поступает в полость 6. Теплоноситель опускаясь вниз, нагреваясь в геотермонагревателе не более 353 К, под действием давления и холодной воды в полости 6 поднимается вверх в полость 7. Из полости 7 теплоноситель поступает в водорасходную трубу 32 и далее распределяется по перфорированным трубам 33. Через перфорацию труб 33 нагретый теплоноситель выходит и нагревает воду фарватера реки, за счет чего предотвращается образование льда или осуществляется его растопление. Through the inlet of the receiver 17, the coolant (river water) under pressure created by the river flows through the intake pipe 16, the filter 18, which holds suspended impurities, and enters the cavity 6. The coolant descends downward, heating in the geothermal heater no more than 353 K, under the action pressure and cold water in the cavity 6 rises up into the cavity 7. From the cavity 7, the coolant enters the water pipe 32 and then is distributed through the perforated pipes 33. Through the perforation of the pipes 33, the heated coolant exits and heats up t river water channel, thereby preventing the formation of ice or takes it melted.

Полая перегородка 5 изолирует холодный теплоноситель в полости 7 от нагретого теплоносителя в полости 7. Наружная боковая стенка 2 трубы 1 ограничивает внешнее температурное воздействие на теплоноситель. Торцовые стенки 12 снизу и сверху препятствуют заполнению воздушного зазора 10 подземными и паводковыми водами соответственно. Устойчивость и жесткость трубе 1 придают ребра 4 и 8 жесткости. The hollow partition 5 isolates the cold coolant in the cavity 7 from the heated coolant in the cavity 7. The outer side wall 2 of the pipe 1 limits the external temperature effect on the coolant. The end walls 12 from below and from above prevent the filling of the air gap 10 with underground and flood waters, respectively. Stability and rigidity of the pipe 1 give ribs 4 and 8 of rigidity.

При засорении фильтра 18 и его очистке теплоноситель проходит по запасному отводу 22, при этом с помощью вентиля 19 перекрывается основной проход трубопровода 16, а вентилем 24 открывается проход по отводу 22. Вентили 20 и 25 снабжены обратными клапанами, открывающимися по направлению хода теплоносителя. When the filter 18 is clogged and cleaned, the coolant passes through the emergency outlet 22, while using the valve 19 the main passage of the pipeline 16 is closed, and the valve 24 opens the passage through the outlet 22. Valves 20 and 25 are equipped with check valves that open in the direction of travel of the coolant.

Функционирование подводных частей водозаборного трубопровода 16 и водорасходного трубопровода 32 с перфорированными трубами 33 обеспечивается удержанием их на заданной глубине якорями и поплавками. The functioning of the underwater parts of the intake pipe 16 and the water pipe 32 with perforated pipes 33 is provided by holding them at a given depth with anchors and floats.

Контроль за давлением теплоносителя обеспечивается манометрами 21 и 14, а за температурой термометром 42. Monitoring of the pressure of the coolant is provided by manometers 21 and 14, and by the temperature of the thermometer 42.

Claims

GEOTHERMAL DEVICE installed in a well to the depths of hot seams, containing a geothermal pipe with a side pipe containing upper and lower sections, and end walls, divided by an internal partition into two cavities connected to an above-ground piping system filled with a geothermal carrier, characterized in that the said upper section of the lateral the walls and the partition are hollow and equipped with stiffeners installed in these cavities, the length of the partition exceeds the length of the upper section of the wall, and the lower section made of light alloys, while the geothermal carrier is flowing river water, and hot seams are selected with a temperature not exceeding 353 K.