本發(fā)明涉及干熱巖熱能利用技術領域，具體地說，涉及一種單井干熱巖熱能提取系統(tǒng)。

背景技術：

地熱熱能是一種取之不盡的可再生能源，隨著科技的發(fā)展，利用地熱熱能作為取暖和發(fā)電等的熱能來源，成為一種發(fā)展趨勢。例如近些年發(fā)展起來的利用地熱熱能的熱泵系統(tǒng)的利用。埋藏于地下2000米至10000米的干熱巖層，是內(nèi)部不存在流體或僅有少量流體的高溫巖體，它的溫度在幾十攝氏度到幾百攝氏度，蘊藏有巨大的熱能，是一種清潔的可再生能源。但是受到技術的限制，干熱巖的熱量不易于提取，因此，干熱巖熱能的提取利用一直沒有得到廣泛應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種能夠有效地提取并利用干熱巖熱能的單井干熱巖熱能提取系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：

單井干熱巖熱能提取系統(tǒng)，包括設置于干熱巖層深井內(nèi)的套管，所述套管的底端封閉，所述套管內(nèi)底部設有井內(nèi)換熱器，所述套管內(nèi)底部灌有水，所述井內(nèi)換熱器沒入水中；

所述井內(nèi)換熱器的頂端設有介質(zhì)進管和介質(zhì)出管，所述介質(zhì)出管連接至地上換熱器的一次側進口，所述地上換熱器的一次側出口經(jīng)過高壓泵后連接至所述介質(zhì)進管；

所述地上換熱器的二次側連接地面熱能利用設備。

優(yōu)選的，所述井內(nèi)換熱器包括圓筒形的殼體，所述殼體的兩端分別設置端板，定義兩端的端板分別為第一端板和第二端板，所述介質(zhì)進管和所述介質(zhì)出管設于所述第一端板上；

所述殼體內(nèi)自所述第一端板至所述第二端板之間依次設置有分液腔、換熱腔、以及集液腔，所述介質(zhì)進管連通至所述分液腔，所述換熱腔內(nèi)設置有換熱管，所述換熱管的一端通過分液管板連通至所述分液腔，所述換熱管的另一端通過集液管板連通至所述集液腔；

所述集液腔連通至所述換熱腔，所述分液腔的腔殼的外周面與所述殼體的內(nèi)側壁之間留有環(huán)形空隙，所述換熱腔通過所述環(huán)形空隙連通所述介質(zhì)出管。

優(yōu)選的，所述第一端板與所述分液管板之間連接有內(nèi)筒體，所述第一端板、所述內(nèi)筒體以及所述分液管板共同圍成所述分液腔，所述內(nèi)筒體的外徑小于所述殼體的內(nèi)徑。

優(yōu)選的，所述換熱管包括多根并行的銅管，相鄰的銅管之間留有間隙。

優(yōu)選的，所述集液管板的周邊與所述殼體的內(nèi)側壁固定連接，所述集液管板、所述殼體以及所述第二端板共同圍成所述集液腔。

優(yōu)選的，所述集液管板的周邊部設置有連通所述換熱腔和所述集液腔的通孔。

優(yōu)選的，所述地上換熱器與所述高壓泵之間設置有氣液分離器。

優(yōu)選的，所述氣液分離器包括分離器腔體，所述分離器腔體的一側設有進液口，所述分離器腔體的底部設有出液口，所述分離器腔體的頂部設有排氣口，所述分離器腔體內(nèi)對應所述排氣口處設有浮球閥；

所述分離器腔體內(nèi)位于所述進液口的下方傾斜設有擋板，所述擋板上開設有放液孔。

優(yōu)選的，所述擋板自靠近所述進液口的一側至相對的另一側逐漸升高。

優(yōu)選的，所述地面熱能利用設備為供暖設備或者發(fā)電設備。

采用了上述技術方案后，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的單井干熱巖熱能提取系統(tǒng)在使用時，將井內(nèi)換熱器安裝于深井內(nèi)套管內(nèi)底部，在井內(nèi)注水，使水沒過井內(nèi)換熱器，井內(nèi)的水吸收井壁干熱巖地熱的熱量升溫，加熱井內(nèi)換熱器內(nèi)的換熱介質(zhì)，換熱介質(zhì)自井內(nèi)換熱器的介質(zhì)出管流出，提取至地面，用以作為地上換熱器的加熱熱源，被吸收熱量后的換熱介質(zhì)通過介質(zhì)進管流回至井內(nèi)換熱器內(nèi)。如此反復循環(huán)，換熱介質(zhì)不斷將干熱巖層的地熱提取上來，源源不斷地為地面熱能利用設備提供熱源。由于套管內(nèi)底部封閉，深井內(nèi)的水不會進入套管內(nèi)，使套管內(nèi)的注入水的液面保持不變，使套管內(nèi)的水處于待吸收熱量的干熱巖層，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本發(fā)明的這種系統(tǒng)，能夠有效地提取利用干熱巖熱能，從而能夠使干熱巖熱能的利用得到推廣使用。

本發(fā)明中，井內(nèi)換熱器包括依次設置的分液腔、換熱腔、以及集液腔，換熱介質(zhì)通過介質(zhì)進管進入分液腔，經(jīng)分液管板分流至換熱腔內(nèi)的換熱管內(nèi)，然后經(jīng)集液管板集中至集液腔，再通過集液腔流入換熱腔內(nèi)，然后進入分液腔外壁與殼體內(nèi)壁之間的環(huán)形空隙，從介質(zhì)出管流出提至井外。在此循環(huán)過程中，低溫的換熱介質(zhì)在換熱管內(nèi)吸收換熱腔內(nèi)的換熱介質(zhì)的熱量，進行一級加熱，加熱后的低溫介質(zhì)經(jīng)過集液腔集中后進入換熱腔，在換熱腔內(nèi)，換熱介質(zhì)與殼體外部被地熱加熱的水換熱，間接吸收地熱的熱量，進行第二級加熱，升溫成高溫介質(zhì)，然后提至井外利用吸取的地熱的熱能。此種結構，通過兩級換熱結構，最大化地提取井內(nèi)地熱的熱能，熱能提取效率高。由于殼體為圓筒形，便于放置于井內(nèi)。

本發(fā)明中，地上換熱器與高壓泵之間設置有氣液分離器，含有氣體的液態(tài)換熱介質(zhì)從氣液分離器腔體一側的進液口進入分離器腔體內(nèi)，先流到擋板上，經(jīng)過擋板的阻擋作用，其中的氣體在分離器腔體內(nèi)上升至上部空間，液態(tài)換熱介質(zhì)從擋板的放液孔下落至分離器腔體內(nèi)的下部空間。氣體在分離器腔體內(nèi)的上部空間積聚通過排氣口排放出去。當分離器腔體內(nèi)的液面高度達到一定的高度時，浮球閥堵住排氣口，不再排氣，以保證系統(tǒng)運行的壓力要求。通過此種方式，使換熱介質(zhì)中的氣體在分離器腔體內(nèi)的上部空間積聚后才通過排氣口排放，在將液態(tài)換熱介質(zhì)中的氣體排放出去，使換熱介質(zhì)氣液分離的同時，能夠保證系統(tǒng)的運行壓力，以保證系統(tǒng)的可靠運行。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：

圖1是本發(fā)明的單井干熱巖熱能提取系統(tǒng)的原理示意圖；

圖2是圖1中的井內(nèi)換熱器的結構示意圖；

圖3是圖1中的氣液分離器的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種應用原理圖；

圖5是本發(fā)明的另一種應用原理圖；

圖中：1-深井；2-套管；3-井內(nèi)換熱器；31-殼體；32-第一端板；33-內(nèi)筒體；34-分液管板；35-分液腔；36-換熱腔；37-集液腔；38-換熱管；39-集液管板；391-通孔；310-第二端板；311-介質(zhì)進管；312-介質(zhì)出管；313-環(huán)形空隙；4-地上換熱器；5-氣液分離器；51-分離器腔體；511-進液口；512-出液口；513-排氣口；52-浮球閥；53-擋板；531-放液孔；6-高壓泵；7-地面熱能利用設備；71-供暖設備；711-用戶；712-二次側循環(huán)泵；72-發(fā)電設備；721-工質(zhì)泵；722-汽輪機；723-發(fā)電機；724-冷凝器。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照圖1，本發(fā)明的單井干熱巖熱能提取系統(tǒng)，包括設置于干熱巖層深井1內(nèi)的套管2，套管2的底端封閉，套管2內(nèi)底部設有井內(nèi)換熱器3，套管內(nèi)底部灌有水，井內(nèi)換熱器3沒入水中。

井內(nèi)換熱器3的頂端設有介質(zhì)進管311和介質(zhì)出管312，介質(zhì)出管312連接至地上換熱器4的一次側進口，地上換熱器4的一次側出口經(jīng)過高壓泵6后連接至介質(zhì)進管311。

地上換熱器4的二次側連接地面熱能利用設備。

為了將系統(tǒng)一次側系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的液態(tài)換熱介質(zhì)中的氣體分離出去，可在地上換熱器4的一次側與高壓泵6之間設置有氣液分離器5。以保證系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行。

參照圖4，地面熱能利用設備可為發(fā)電設備72，發(fā)電設備采用有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組，包括汽輪機722、發(fā)電機723、冷凝器724和工質(zhì)泵721。

地上換熱器4的二次側出口連接汽輪機722的工質(zhì)進口，汽輪機722的工質(zhì)出口連接冷凝器724的工質(zhì)進口，汽輪機722的輸出端連接發(fā)電機723，冷凝器724的工質(zhì)出口通過工質(zhì)泵721連接至地上換熱器4的二次側進口。工質(zhì)為低沸點的有機物，例如戊烷，戊烷的沸點在10℃至40℃之間，而地上換熱器4的一次側內(nèi)的換熱介質(zhì)在井內(nèi)換熱器的加熱下，提取至地上換熱器4時，溫度能夠達到105℃，能夠保證有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的良好循環(huán)。

參照圖5，地面熱能利用設備可為供暖設備71，供暖循環(huán)管路中設置有二次側循環(huán)泵712，地上換熱器4的二次側出口連接用戶711的供暖熱水進口，用戶711的供暖熱水出口經(jīng)過二次側循環(huán)泵712后連接至地上換熱器4的二次側進口。

參照圖2，井內(nèi)換熱器3可采用以下具體結構：井內(nèi)換熱器3包括圓筒形的殼體31，殼體31的兩端分別設置端板，定義兩端的端板分別為第一端板32和第二端板310，第一端板32的外側壁上分別連接有介質(zhì)進管311和介質(zhì)出管312。

殼體31內(nèi)自第一端板32至第二端板310之間依次設置有分液腔35、換熱腔36、以及集液腔37，介質(zhì)進管311連通至分液腔35，換熱腔36內(nèi)設置有換熱管38，換熱管38包括多根并行的銅管，相鄰的銅管之間留有間隙。換熱管38的一端通過分液管板34連通至分液腔35，換熱管38的另一端通過集液管板39連通至集液腔37。第一端板32與分液管板34之間連接有內(nèi)筒體33，內(nèi)筒體33作為腔殼，與第一端板32以及分液管板34共同圍成分液腔35，內(nèi)筒體33的外徑小于殼體31的內(nèi)徑，內(nèi)筒體33的外側壁與殼體31的內(nèi)側壁之間留有環(huán)形空隙313，換熱腔36通過環(huán)形空隙313連通介質(zhì)出管312。

集液管板39的周邊與殼體31的內(nèi)側壁固定連接，集液管板39、殼體31以及第二端板310共同圍成集液腔37。集液管板39的周邊部設置有連通換熱腔36和集液腔37的通孔391，集液腔37通過通孔391連通至換熱腔36。

井內(nèi)換熱器3在深井1內(nèi)，低溫的換熱介質(zhì)在換熱管38內(nèi)吸收換熱腔36內(nèi)的換熱介質(zhì)的熱量，進行一級加熱，加熱后的低溫介質(zhì)經(jīng)過集液腔37集中后進入換熱腔36，在換熱腔36內(nèi)，換熱介質(zhì)與殼體31外部被地熱加熱的水換熱，間接吸收地熱的熱量，進行第二級加熱，升溫成高溫介質(zhì)，然后提至井外利用吸取的地熱的熱能。此種循環(huán)方式，形成兩級加熱，最大化地提取井內(nèi)地熱的熱能，熱能提取效率高。換熱介質(zhì)可采用氟利昂等。

殼體31的高度可達到十幾米以上，直徑小，高度高，便于放置于井內(nèi)，通過上述兩級換熱結構，最大化地提取井內(nèi)地熱的熱能。由于換熱腔36內(nèi)的換熱管38的長度較長，可在殼體31內(nèi)設置橫向支架(圖中未示出)固定換熱管38，避免換熱管38在使用過程中的晃動。

此種結構的井內(nèi)換熱器，殼體31為圓筒形，可方便地安裝于深達干熱巖層的深井內(nèi)使用，使干熱巖的熱能提取變得簡單易行，能夠促進干熱巖熱能地廣泛利用。

參照圖3，氣液分離器5可采用以下結構：氣液分離器5包括分離器腔體51，分離器腔體51的一側設有進液口511，分離器腔體51的底部設有出液口512，分離器腔體51的頂部設有排氣口513，分離器腔體51內(nèi)對應排氣口513處設有浮球閥52。浮球閥52用于關閉和開啟排氣口513。

分離器腔體51內(nèi)位于進液口512的下方傾斜設有擋板53，擋板53上開設有放液孔531。

擋板53自靠近進液口511的一側至相對的另一側逐漸升高。

分離器腔體51為防腐的分離器腔體，可直接采用防腐材料制成，或者在分離器腔體的內(nèi)表面涂覆防腐材料，擋板53為防腐材料的擋板。此種結構的氣液分離器在使用時，含有氣體的液態(tài)換熱介質(zhì)從分離器腔體51一側的進液口511進入分離器腔體51內(nèi)，先流到擋板53上，在擋板53的阻擋作用下，其中的氣體在分離器腔體51內(nèi)上升至上部空間，液態(tài)換熱介質(zhì)從擋板53的放液孔531下落至分離器腔體51內(nèi)的下部空間。氣體在分離器腔體51內(nèi)的上部空間積聚通過排氣口513排放出去。當分離器腔體51內(nèi)的液面高度達到一定的高度時，浮球閥52堵住排氣口，不再排氣，以保證系統(tǒng)運行的壓力要求。通過此種方式，使換熱介質(zhì)中的氣體在分離器腔體51內(nèi)的上部空間積聚后才通過排氣口排放，在將液態(tài)換熱介質(zhì)中的氣體排放出去，使換熱介質(zhì)氣液分離的同時，能夠保證系統(tǒng)的運行壓力，以保證系統(tǒng)的可靠運行。

以上所述為本發(fā)明最佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識。本發(fā)明的保護范圍以權利要求的內(nèi)容為準，任何基于本發(fā)明的技術啟示而進行的等效變換，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。