[实用新型]一种利用碳氟化合物地下提取地热能的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用碳氟化合物地下提取地热能的系统，尤其是一种用于不取水只取热形式下利用碳氟化合物地下提取地热能的系统。

背景技术

虽然人们很早就认识到地热能属于可再生能源，是一种石化能源的代用能源，也是集水、矿、热为一体的新型能源，但对地热能源的开发应用程度一直很低。随着石化能源的不断开采和枯竭，以及人们对环境保护要求的不断提高，作为一种绿色环保，低成本的能源，地热资源开发利用技术得到了长足的进展。但是地热能的开发有着自身的特殊性，首先，资源的分布的极度不平均，在我国，易于开采且价值高的高温地热资源几乎都集中在了藏南、滇西、川西，而在全国各个地区都有分布的中低温地热资源由于开采成本高，难度大等问题一直得不到很好的利用；其次，中低温地热资源往往存在的温度低，出水量小，出水压力小等问题限制了开采和利用。

以上问题导致了对中低温地热资源进行直接开采利用的话，需要进行闪蒸加压等过程，然而闪蒸设备尺寸大，用于含有大量矿物质的地热原水时容易结垢腐蚀，运行成本高，热效率低。

发明内容

本实用新型的目的是研制一种解决上述问题，运行成本低，热效率高，占地面积小，工质循环利用且无任何污染物排放的用于不取水只取热形式下利用碳氟化合物地下提取地热能的系统。

本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型主要由循环热管、换热器、循环泵、做功单元、管壳式冷凝器、冷凝器增压泵、冷却塔、冷却塔增压泵和补水增压泵组成，其特征在于：循环热管上半段置入换热器壳内，形成取热工质循环系统，循环泵一端接通换热器，另一端接通做功单元，管壳式冷凝器热部上端接通做功单元，冷凝器增压泵一端接通管壳式冷凝器热部下端，另一端接通换热器，形成做功工质循环系统，管壳式冷凝器冷部上端通过冷却塔增压泵接通冷却塔底部，管壳式冷凝器冷部下端接通冷却塔顶部，补水增压泵一端接通冷却塔，另一端外接水源，形成冷却水循环系统，其中，循环热管长径比较大，外部具有扰流鳍片，碳氟化合物工质加在循环热管内部用作循环工质，循环热管采用由高导热率且不和碳氟化合物反应的铜或铝等金属制成，换热器中加有液态碳氟化合物，达到设计目的。

在使用时，循环热管下半段置入地热井中，下半段为高温段，上半段为低温段，形成虹吸管，管内的低沸点的碳氟化合物工质，在高温下沸腾，低温下冷凝，从而形成内部的对流循环，并利用外围的鳍片加大周围地热水或干砂岩对循环热管的交换面积，形成湍流扰动，提高换热效率，形成取热工质循环，液态碳氟化合物在换热器中与取热工质循环系统中的碳氟化合物蒸汽进行换热，吸收热量蒸发，成为载热的高压蒸汽，此为定压吸热过程，高压蒸汽在循环泵作用下进入做功单元中推动机械元件对外做功，压力降低后成为含有余热的蒸汽，此为绝热膨胀过程，含有余热的蒸汽进入管壳式冷凝器中与冷却水循环系统中的低温冷却水进行换热，成为液态碳氟化合物，此为定压放热过程，液态碳氟化合物经过冷凝器增压泵增压后再次进入换热器，此为绝热加压过程，定压吸热、绝热膨胀、定压放热、绝热加压四个过程共同构成了一个对外做功的蒸汽动力朗肯循环，形成做功工质循环，低温冷却水经过增压泵，具有一定压力后进入管壳式冷凝器中与做功工质循环系统中的碳氟化合物的含有余热的蒸汽进行换热，升温升压后的冷却水进入冷却塔，高温蒸汽向外排出，逸散损失的冷却水经补水增压泵从外接的水源进行补充，形成冷却水循，达到设计目的。

在实际应用时，取热工质循环系统、做功工质循环系统中使用的碳氟化合物为环保氟利昂制冷剂，两循环中工质可以相同，以便于加液维护，也可以根据实际工况的不同使用不同牌号的物质，根据牌号的不同，性质有一定的差异，但其主要物理状态常温下为无色，近似无味的气体，不燃烧、无腐蚀、毒性极微，加压可液化为无色透明的液体，物理性质适宜，在200℃以下与一般金属不起反应，化学稳定性高，在热力学性能方面，热扩散率，导热系数，运动粘度，比定压热容均适宜，热稳定性高的氢氟烃(HFC)类碳氟化合物，而不采用氯氟烃(CFC)、氢氯氟烃(HCFC)类等对大气臭氧层有严重破坏作用，国家明令禁止使用的氟利昂制冷剂。

本实用新型具有以下优点：

1、经由本实用新型的实施，与传统的直接取地热技术相比，采用有机朗肯循环原理的外加工质循环取地热能够利用中低品位地热资源，全套设备结构紧凑，占地面积小，不用从地下取出地热水，而只将热量带出来，地热水不参与热能的最终做功循环，从而最大限度的减小了设备的结垢与腐蚀，并且有很高的比能量与换热效率。

2、经由本实用新型的实施，只取热不取水，可以运用于低温低压的地热资源开采和利用。