專利名稱：地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是利用地下干熱巖體中存在的地?zé)崮苓M(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的裝置，具體涉及的是地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)今淺層地下熱水開發(fā)和地?zé)岙惓^(qū)噴泉(蒸汽泉)的應(yīng)用情況來看，地下的熱能是存在連續(xù)性的(火山噴發(fā)例外)。從打鉆油井的過程中(超深井)，人們也發(fā)現(xiàn)地下深處的高溫?zé)嵩?，而且越深越熱，越深巖層壓力越高，巖體的密度物體間的分子間接觸更緊密是有利于熱傳導(dǎo)的。巖體的熱導(dǎo)率，導(dǎo)熱系數(shù)在常壓下是每平方米2瓦左右。在高壓下以大理石為例，50兆帕下每平方米可達(dá)12. 1瓦(見土耳其三軸壓力試驗數(shù)據(jù))，依據(jù)經(jīng)驗公式可推算出150兆帕下可以達(dá)到每平方米14. 1瓦。目前地?zé)崮芾枚嗖捎玫孛娑喙芏螕Q熱發(fā)電裝置，首先需要將從地下傳導(dǎo)上來的蒸汽收集起來，然后再利用蒸汽推動汽輪機(jī)發(fā)電，并且需要二次換熱，還要考慮回水(液)溫度，以溫差換取熱量，這樣做計算起來環(huán)節(jié)多比較繁瑣，還不十分準(zhǔn)確，同時熱能損失大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，這種地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置用于解決目前地?zé)崮芡苿悠啓C(jī)運轉(zhuǎn)運行時存在的熱能損失的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這種地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置是由吸熱蒸發(fā)器、地?zé)峋?、?qū)動腔構(gòu)成的封閉體，驅(qū)動腔安裝在地面上，蒸汽傳輸管安裝在地?zé)峋畠?nèi)， 蒸汽傳輸管下端連接錐形的金屬網(wǎng)眼支撐板，吸熱蒸發(fā)器與吸熱蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽傳輸管間充滿金屬空芯網(wǎng)眼支撐球；蒸汽傳輸管下端插入吸熱蒸發(fā)器，上端伸入到驅(qū)動腔內(nèi)，蒸汽傳輸管的上部是緩沖室，緩沖室?guī)в幸粋€向上翹起的弧形噴管，弧形噴管的頭部是汽泉噴嘴， 驅(qū)動腔設(shè)置有葉片，葉片與汽泉噴嘴對應(yīng)設(shè)置，汽泉噴嘴噴出的氣流剛好能夠推動葉片旋轉(zhuǎn)。上述方案中的地?zé)峋谂c蒸汽傳輸管之間的環(huán)形空間為回液通道，回液通道的下端設(shè)置有單向閥，通過回液通道冷卻的液體可沿回液通道流回到吸熱蒸發(fā)器中，而吸熱蒸發(fā)器中的液體或氣體不能通過回液通道進(jìn)入到驅(qū)動腔內(nèi)。上述方案中驅(qū)動腔上設(shè)置有抽真空口，以方便于將吸熱蒸發(fā)器、地?zé)峋?、?qū)動腔構(gòu)成的封閉體抽真空。上述方案中蒸汽傳輸管為真空夾層防輻射管。上述方案中驅(qū)動腔的容積至少是吸熱蒸發(fā)器容積十倍。上述方案中吸熱蒸發(fā)器出口蒸汽流速為340m/s，蒸汽傳輸管直徑170mm。1、本發(fā)明在地下采取被動式吸收熱能營造吸熱蒸發(fā)環(huán)境，在地下吸熱蒸發(fā)器中采取金屬空芯網(wǎng)眼支撐球填充的辦法防止地下井壁塌陷，技術(shù)上可實現(xiàn)擴(kuò)大導(dǎo)熱面積，增加吸熱蒸發(fā)器儲蓄熱能總量，使回流液轉(zhuǎn)變成高壓飽和蒸汽，通過蒸汽傳輸管將高壓氣柱源源不斷推向地面管口處噴入比地下吸熱蒸發(fā)器面積大十倍以上的預(yù)先抽成真空的驅(qū)動腔中，驅(qū)動腔中為負(fù)壓環(huán)境，以達(dá)到超音速傳遞熱能(蒸汽)形成自然噴氣泉井，在驅(qū)動腔內(nèi)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿尤~片旋轉(zhuǎn)的動能，通過氣流直接推動葉片旋轉(zhuǎn)，同時冷凝的液體將順著蒸汽傳輸管與地?zé)峋谥g形成的環(huán)形空間，使液態(tài)(水)形成液柱在自身重力的作用下高速流入吸熱蒸發(fā)環(huán)境進(jìn)行下一次再循環(huán)；2、本發(fā)明可廣泛的應(yīng)用在地?zé)峋l(fā)電工程等領(lǐng)域，利用本發(fā)明推動汽輪機(jī)發(fā)電，不需要二次換熱，熱能損失小。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。1吸熱蒸發(fā)器、2驅(qū)動腔、3蒸汽傳輸管、4緩沖室、5弧形噴管、6汽泉噴嘴、
7葉片、8回液通道、9金屬網(wǎng)眼支撐板、10金屬空芯網(wǎng)眼支撐球、11地?zé)峋?2抽真空□。
具體實施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明
這種地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置是由吸熱蒸發(fā)器1、地?zé)峋?1、驅(qū)動腔2構(gòu)成的封閉體，驅(qū)動腔2安裝在地面上，驅(qū)動腔2殼體由鐵制作而成，蒸汽傳輸管3安裝在地?zé)峋?1內(nèi)，蒸汽傳輸管3下端連接錐形的金屬網(wǎng)眼支撐板9，吸熱蒸發(fā)器1與吸熱蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽傳輸管3 間充滿金屬空芯網(wǎng)眼支撐球10 ；蒸汽傳輸管3下端插入吸熱蒸發(fā)器1，上端伸入到驅(qū)動腔2 內(nèi)；蒸汽傳輸管3為真空夾層防輻射管，地?zé)峋?1井壁與蒸汽傳輸管3之間的環(huán)形空間為回液通道8，回液通道8的下端設(shè)置有單向閥；蒸汽傳輸管3的上部是緩沖室4，緩沖室4帶有一個向上翹起的弧形噴管5，弧形噴管5的頭部是汽泉噴嘴6，驅(qū)動腔2設(shè)置有葉片7，葉片7與汽泉噴嘴6對應(yīng)設(shè)置，汽泉噴嘴6噴出的氣流剛好能夠推動葉片7旋轉(zhuǎn)。葉片7安裝在緩沖室4的頂上，緩沖室4相當(dāng)于安裝葉片7的底座，這可使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊湊，布局巧妙，節(jié)省了空間，降低了制造成本。本發(fā)明驅(qū)動腔上設(shè)置有抽真空口 12，通過抽真空口 12可將由吸熱蒸發(fā)器1、地?zé)峋?1、驅(qū)動腔2構(gòu)成的封閉體抽真空，驅(qū)動腔2的容積是吸熱蒸發(fā)器1的容積的十倍以上， 吸熱蒸發(fā)器1內(nèi)的低溫易揮發(fā)介質(zhì)吸收外界熱量形成高壓氣柱，蒸汽泉上升到驅(qū)動腔2中， 推動葉片7旋轉(zhuǎn)做功，蒸汽做功后，能在驅(qū)動腔2內(nèi)溫度降低下來冷凝為液體，在液體自身的重力下經(jīng)回液通道8回到吸熱腔1內(nèi)，以便進(jìn)行下一個循環(huán)。本實施方式中吸熱蒸發(fā)器 1內(nèi)的低溫易揮發(fā)介質(zhì)為水。從微觀上理解熱與冷，熱會膨脹，冷會縮小，這樣就會形成溫差與壓差，熱會增壓，冷會降壓，而大氣層的風(fēng)流、風(fēng)壓風(fēng)就是這樣形成的。傳導(dǎo)是過程不意味著做功，就像地下高溫層向低溫層傳熱一樣，蒸汽噴泉當(dāng)有一定量的水系連通大地高處和無規(guī)則縫隙流入淺層地?zé)釋?dǎo)熱巖體高溫裂隙，巖水被汽化變成蒸汽，在壓力積聚的作用下就會在某一時刻某一縫隙孔域人工鉆孔就會從地下噴出形成高壓氣柱。氣柱可高達(dá)百米幾十米之間，景象十分壯觀。直到水流干枯或巖囊體溫度降低時這一現(xiàn)象將消失。為了實現(xiàn)本發(fā)明，在大慶古龍1井建設(shè)本發(fā)明，并進(jìn)行了保密性實驗， 實驗情況如下
氣液流量計算 1、蒸汽
⑴、340米氣柱的體積7. 71341立方 ⑵、340米氣柱的質(zhì)量104. 5167千克 ⑶、4950米的氣柱的體積112. 3立方 ⑷、4950米的氣柱的質(zhì)量1. 409噸(5)、340米氣柱從地下吸熱后向上運動到地面蒸發(fā)器出口所用
時間13. 55秒
(6)、氣體的流速340米/秒 ⑵、氣體流量96. 8千克/秒
2、冷凝水
(1)、9.8米的液柱體積0. 0963立方米
(2),9.8米的液柱質(zhì)量0. 0963噸
⑶、4950米的水柱的體積48. 66立方米
⑷、4950米的水柱的質(zhì)量48. 66噸
(5),9.8米的環(huán)形液柱從地面流到4950米單向閥處所用
時間:504秒
(6)、液體的流速3.5米/秒(手冊查得) ⑵、液體流量34. 4千克/秒
3、綜合計算
⑴、蒸發(fā)段對4950米氣柱向上推力4. 537噸
⑵、冷凝水回流到單項閥處所產(chǎn)生的壓力49. 5MPa ⑶、把冷凝水回流時間設(shè)置為系統(tǒng)循環(huán)時間504秒
⑷、在504秒時間內(nèi)冷凝水回流量48. 66噸、氣體流出量48. 78噸
(5)、通過計算設(shè)備運行需在1800米地下應(yīng)該加液體介質(zhì)量48. 66* (1+5 %)=51噸， 地下介質(zhì)量是65. 86噸，設(shè)備運行需要介質(zhì)的量(51噸)小于介質(zhì)的量(65. 86噸)，所以方案可行。 通過實驗看出，本發(fā)明是在這樣一個宏觀環(huán)境下建立起來的。從設(shè)計理念上說，一是拋開傳統(tǒng)的用泵壓入抽吸的方法，它是主動式獲得淺層地下熱能強(qiáng)行循環(huán)的辦法，這主要表現(xiàn)在節(jié)能方面已廣泛的在應(yīng)用。二是打破傳統(tǒng)的技術(shù)常規(guī)，在地下采取擴(kuò)孔充填金屬網(wǎng)珠的辦法防止地下井壁塌陷，技術(shù)上可實現(xiàn)擴(kuò)大導(dǎo)熱面積，增加吸熱蒸發(fā)器儲蓄熱能總量。三是建造巨型人工噴汽泉體系，植入重力超導(dǎo)熱管汽液兩項流吸熱放熱機(jī)制，本發(fā)明由吸熱蒸發(fā)器、地?zé)峋?、?qū)動腔構(gòu)成的真空封閉體相當(dāng)于重力超導(dǎo)熱管裝置。本發(fā)明又創(chuàng)造性的引入風(fēng)洞超音速原理設(shè)計，靠下沖上吸便可形成很大的壓差從而產(chǎn)生1 > 5的超高音速氣流，提高蒸汽攜帶傳熱速度，提供壓差環(huán)境優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)。這里涉及兩個環(huán)節(jié)上的壓差， 一個是高溫氣體通過蒸汽傳輸管形成蒸汽氣柱向上流動(對應(yīng)的是2. 56兆帕的蒸汽氣柱壓力)，通過蒸汽傳輸管地面出口處與負(fù)壓巨型冷凝環(huán)境驅(qū)動腔之間形成的壓差與溫差。再一個就是地下4950米垂直回流通道同地下單向閥進(jìn)口處對應(yīng)的49. 5兆帕的壓力與吸熱蒸發(fā)器之間2. 56兆帕的壓差。這樣設(shè)計可降低投資成本，以換熱面積加速置換提高地面上低溫環(huán)境的冷凝速度，達(dá)到快速置換有效空間，提高向上氣流速度。四是在地下采取被動式吸收熱能營造吸熱蒸發(fā)環(huán)境由回流液轉(zhuǎn)變成高壓飽和蒸汽，通過已知現(xiàn)有的直徑170毫米， 長度4950米蒸汽傳輸管將高壓氣柱源源不斷推向地面170毫米管口處噴入比地下吸熱蒸發(fā)器面積和體積大十倍以上的預(yù)先抽成真空的負(fù)壓環(huán)境，以達(dá)到超音速傳遞熱能(蒸汽)形成自然噴氣泉井，同時冷凝的液體將順著蒸汽傳輸管與地?zé)峋谥g形成的環(huán)形空間使液態(tài)(水)形成液柱在自身重力的作用下高速流入吸熱蒸發(fā)環(huán)境進(jìn)行下一次再循環(huán)。與此同時在地面上有了巨大的體積空間，這樣可將汽輪發(fā)電機(jī)組安裝在巨大冷凝體負(fù)壓環(huán)境中， 不需二次換熱，用蒸汽壓力推動汽輪機(jī)做功后氣體直接排入巨大殼體內(nèi)部的壓差環(huán)境里， 以提高發(fā)電效率，以巨大殼體取代了冷凝塔降低了一次性投資。投放金屬空芯網(wǎng)眼支撐球， 不僅解決擴(kuò)孔后技術(shù)上難支撐井壁的技術(shù)難題，同時也涉及到強(qiáng)化沸騰換熱的效果。被動式取熱就是在吸熱蒸發(fā)器1內(nèi)投放支撐球等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，也就是說已知設(shè)定的蒸汽傳輸管口徑，按每秒聲速定位蒸汽流量，依據(jù)已知6300米深的干熱巖體的平均導(dǎo)熱系數(shù)通過計算，求得巖石筒壁已知的面積流入吸熱蒸發(fā)器筒內(nèi)的總熱能在多長的時間范圍內(nèi)能連續(xù)的把回流液體(水)汽化，然后滿足170毫米口徑在聲速的情況下流入筒內(nèi)周邊環(huán)境巖體，來自遠(yuǎn)處的熱流能夠恒定不變的平衡溫度。上述保密性實驗的數(shù)據(jù)不對本發(fā)明造成約束，只是實現(xiàn)本發(fā)明的一個實施例，用以證明本發(fā)明完全可以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，其特征在于這種地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置是由吸熱蒸發(fā)器(1)、地?zé)峋?U)、驅(qū)動腔(2)構(gòu)成的封閉體，驅(qū)動腔(2)安裝在地面上，蒸汽傳輸管(3)安裝在地?zé)峋?11)內(nèi)，蒸汽傳輸管(3 )下端連接錐形的金屬網(wǎng)眼支撐板(9 )，吸熱蒸發(fā)器(1)與吸熱蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽傳輸管(3)間充滿金屬空芯網(wǎng)眼支撐球(10);蒸汽傳輸管(3)下端插入吸熱蒸發(fā)器(1)，上端伸入到驅(qū)動腔(2)內(nèi)，蒸汽傳輸管(3)的上部是緩沖室(4)，緩沖室(4)帶有一個向上翹起的弧形噴管(5)，弧形噴管(5)的頭部是汽泉噴嘴(6)，驅(qū)動腔(2)設(shè)置有葉片(7)，葉片(7)與汽泉噴嘴(6)對應(yīng)設(shè)置，汽泉噴嘴(6)噴出的氣流剛好能夠推動葉片(7)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的地?zé)峋?11)井壁與蒸汽傳輸管(3)之間的環(huán)形空間為回液通道(8)，回液通道(8)的下端設(shè)置有單向閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的驅(qū)動腔(2)上設(shè)置有抽真空口(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的蒸汽傳輸管(3)為真空夾層防輻射管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的驅(qū)動腔(2)的容積至少是吸熱蒸發(fā)器(1)容積十倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的吸熱蒸發(fā)器(1)出口蒸汽流速為:M0m/S，蒸汽傳輸管(3)直徑170mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置，這種地?zé)崮苄D(zhuǎn)驅(qū)動裝置是由吸熱蒸發(fā)器、地?zé)峋?、?qū)動腔構(gòu)成的封閉體，驅(qū)動腔安裝在地面上，蒸汽傳輸管安裝在地?zé)峋畠?nèi)，蒸汽傳輸管下端連接錐形的金屬網(wǎng)眼支撐板，吸熱蒸發(fā)器與吸熱蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽傳輸管間充滿金屬空芯網(wǎng)眼支撐球；蒸汽傳輸管下端插入吸熱蒸發(fā)器，上端伸入到驅(qū)動腔內(nèi)，蒸汽傳輸管的上部是緩沖室，緩沖室?guī)в幸粋€向上翹起的弧形噴管，弧形噴管的頭部是汽泉噴嘴，驅(qū)動腔設(shè)置有葉片，葉片與汽泉噴嘴對應(yīng)設(shè)置，汽泉噴嘴噴出的氣流剛好能夠推動葉片旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明可廣泛的應(yīng)用在地?zé)峋l(fā)電工程等領(lǐng)域，利用本發(fā)明推動汽輪機(jī)發(fā)電，不需要二次換熱，熱能損失小。
文檔編號F03G4/00GK102562497SQ201210063619
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者龔智勇 申請人:龔智勇