专利名称：井下地热能蒸汽驱动旋转装置及其发电或抽液的方法
技术领域：
本发明涉及的是利用地球自身深处中高温层的热能进行驱动的装置， 具体涉及的是井下地热能蒸汽驱动旋转装置及其发电或抽液的方法。
背景技术：
传统的驱动装置都是在地球表面，利用煤炭、石油天然气、水势能、地热能等，使能 量转换而做功的。其中利用煤炭、石油天然气的驱动装置多为地面上的火力发电，煤、石油 天然气被燃烧，废气排放到大气中，而燃料产生了过热蒸汽，蒸汽通过蒸汽透平发电机发 电，并在循环结束时被冷却。但整个过程燃料燃烧的热量只有一部分转换为蒸汽热，很大一 部分能量通过燃烧过程的消耗而损失掉，据初步计算，整个过效率降低了大约40% ;利用水 势能发电的驱动装置常常受到条件制约；现有的利用地热发电的驱动装置，多是将地热通 过井引导至地面，该井要钻到足够深的深度，以便能利用地壳中的热量使水或其它液体蒸 发获得蒸汽，蒸汽再推动蒸汽透平机做功来发电，但由于蒸汽送至地面时，要损失很大一部 分热量，这样就必须将大量的蒸汽输送到地面以便发出足够的电力，结果只限于现已发现 的地热温泉区域，而且故障率高，适用范围小，维护费用非常昂贵，制约地热能技术的发展。 本人于2007年11月19日申请了一项《井下地热能蒸汽驱动装置及其发电或抽液方法》的 发明专利，申请号为200710144651. 8，该申请利用井下地热驱动气动缸，再利用气动缸来驱 动发电机或采液泵来完成发电或抽吸液体，气动缸做直线往复运动，发电机或采液泵也随 着进行直线往复运动，但利用这种运动方式，在井下工作时，可能影响到装置的密封性能， 使装置产生泄露。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下地热能蒸汽驱动旋转装置，这种井下地 热能蒸汽驱动旋转装置不但能够解决原用蒸汽驱动装置需将大量的蒸汽输送到地面，引起 的能量损失大、适用范围小、费用昂贵的问题，而且避免了装置泄露的问题，同时本发明还 提供了这种井下地热能蒸汽驱动旋转装置发电或抽液的方法。 本发明是这样实现的一种井下地热能蒸汽驱动旋转装置由取热蒸发器、气动旋 转动力机、磁力传动装置、发电机、换热器安装在密封承压套管中构成，密封承压套管底部 为取热蒸发器，取热蒸发器安装在井筒的底部，取热蒸发器与气动旋转动力机之间安装进 气管，气动旋转动力机利用磁力传动装置驱动发电机运转；气动旋转动力机与换热器之间 安装蒸汽排气管，取热蒸发器与换热器之间安装冷凝回流隔温真空管。 —种井下地热能蒸汽驱动旋转装置由取热蒸发器、气动旋转动力机、磁力传动装 置、采液泵、换热器安装在密封承压套管中构成，密封承压套管底部为取热蒸发器，取热蒸 发器安装在井筒的底部，取热蒸发器与气动旋转动力机之间安装进气管；气动旋转动力机 利用磁力传动装置驱动采液泵运转，井筒及密封承压套管在对应采液泵泵筒的部位设有进 液孔，密封承压套管在对应采液泵上、下两端的位置设置有隔层，采液泵封闭在隔层内；气 动旋转动力机与换热器之间安装蒸汽排气管，取热蒸发器与换热器之间安装冷凝回流隔温 真空管。 上述方案中的取热蒸发器与换热器之间设有封闭的驱动腔，气动旋转动力机、磁力传动装置、发电机或采液泵安装在驱动腔内，进气管及蒸汽排气管、冷凝回流隔温真空管 穿过该驱动腔。该驱动腔上表面可以防止地面的液体或地表层的液体进入本旋转装置内 部，对装置运行造成影响。 上述方案中的换热器通过循环管与散热器相连，循环管上安装循环驱动泵，散热 器安装在地下低温处。 上述方案中的换热器通过循环管与冷却塔相连，循环管上安装同步控制马达，冷 却塔安装在地面上。 上述井下地热能蒸汽驱动旋转装置的发电或抽液的方法，利用地层深处中高温热 能加热取热蒸发器里的液体介质，使之产生蒸汽压力，蒸汽压力通过进气管进入气动旋转 动力机，气动旋转动力机利用磁力传动装置驱动发动机或采液泵运转，进行发电或抽吸液 体，气缸体中排出的气体通过排气管，进入换热器与低温介质进行热交换，热交换后形成的 液体回流到取热蒸发器进行下次再循环。 上述井下地热能蒸汽驱动旋转装置的发电的方法，应用于电冶炼、电铸铁、电解氢 气、电解铝、电解铜、民用电。 上述井下地热能蒸汽驱动旋转装置抽液的方法，应用于油田中采油、抽水。 有益效果本发明装入井内部推动发电机或采液泵工作，进行发电或抽吸液体，由
于直接在地下工作，无需将地热引导至地面，没有热量的损失，使得该装置的造价低、无污
染，输出能量大，不仅可以发电还可以抽液，可实现较低成本发电或采液，密封性能好，采用
旋转驱动方式，装置无泄露，运行成本低、发电量大、投资少、适用范围广，适用于海拔500
米以下的广阔区域；同时本发明提供的井下地热能蒸汽驱动旋转装置的发电或抽液的方
法，为改变能源供给方式提供了一项新技术、新方法。
图1是本发明第一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明第二种实施方式的结构示意图。 图中l取热蒸发器2井筒3密封承压套管4气动旋转动力机5磁力传动 装置6发电机 7采液泵8排气管9换热器 IO排水管11地面12循环驱动泵 13回水管14冷却塔15散热器16冷凝回流隔温真空管17进气管18单向阀19进 液孔20同步控制马达21驱动腔22驱动腔上表面23隔层2 4隔层
具体实施例方式
结合附图对本发明做进一步说明 图1是本发明第一种实施方式的结构示意图，如图所示，这种井下地热能蒸汽驱 动旋转装置包括取热蒸发器1、气动旋转动力机4、磁力传动装置5、发电机6、换热器9，它们 安装在密封承压套管3内，密封承压套管3安装在井筒2内，本实施方式中的井为地热井， 安装在地面11下，井筒2由金属套管制成，井深以能够获得地热为标准，密封承压套管3防 止井下液体进入旋转装置系统，密封承压套管3底部为取热蒸发器l，取热蒸发器1安装在 井筒2的底部，取热蒸发器1中的液体为易挥发低沸点无腐蚀的液体，本实施方式中为乙 醚，取热蒸发器1与气动旋转动力机4通过进气管17联通，进气管17仅插至取热蒸发器1
5的上部，气动旋转动力机4为气动旋转缸，气动旋转动力机4利用磁力传动装置5驱动发电 机运转；气动旋转动力机4与换热器9之间安装蒸汽排气管8，气缸体中排出的气体通过蒸 汽排气管8进入换热器9与低温介质进行热交换；取热蒸发器1与换热器9之间安装冷凝 回流隔温真空管16，冷凝回流隔温真空管16插至取热蒸发器1的下部，冷凝回流隔温真空 管16靠近出口处安装单向阀18，在换热器9热交换后形成的冷的液体乙醚回流到取热蒸发 器l，进行下一次循环。换热器9通过排水管10和回水管13分别与散热器15和冷却塔14 相连，本实施方式中散热器15为散热片，排水管10上安装循环驱动泵12，密封承压套管内 的发电机给地面上的电机供电，电机带动循环驱动泵12工作，散热片安装在浅层地表以下 3-200米处的低温层，散热片中的介质为水，采用散热器15和冷却塔14可以使冷却效果更 好。 密封承压套管3内部，位于取热蒸发器1与换热器9之间设有封闭的驱动腔21， 气动旋转动力机4、磁力传动装置5、发电机6安装在驱动腔21内，进气管17及蒸汽排气管 8、冷凝回流隔温真空管16穿过该驱动腔21，该驱动腔上表面22可以防止地面的液体或地 表层的液体进入本旋转装置内部，起到封闭作用。本实施方式中气动旋转动力机4、磁力传 动装置5、发电机6的连接方式从下至上依次为，两个气动旋转动力机4、磁力传动装置5、发 电机6、磁力传动装置5、气动旋转动力机4，由于采用旋转驱动方式，使装置不易泄露，运行 平稳，当然，本发明还可以设计为气动旋转动力机4、磁力传动装置5、发电机6依次连接的 方式，没有数量的限制。另外，本实施方式为了进一步防泄露，在发电机6下部的磁力传动 装置5的两极间设置了隔层24。 这种井下地热能蒸汽驱动旋转装置的发电方法，利用地层深处中高温热能加热取 热蒸发器1里的低沸点液体介质，如乙醚，使之产生蒸汽压力，蒸汽压力通过进气管17进入 气动旋转动力机4，气动旋转动力机4利用磁力传动装置5驱动发电机6运转，进行发电，气 缸体中排出的气体通过蒸汽排气管8，进入换热器9与低温介质水进行热交换，热交换后形 成的液体乙醚回流到取热蒸发器1进行下次再循环。 图2是本发明第二种实施方式的结构示意图，如图所示，这种井下地热能蒸汽驱 动旋转装置包括取热蒸发器1、气动旋转动力机4、磁力传动装置5、采液泵7、换热器9，它们 安装在密封承压套管3内，密封承压套管3安装在井筒2内，本实施方式中的井为油井，安 装在地面11下，井筒2由金属套管制成，井深以能够获得地热为标准，密封承压套管3可以 防止井下液体进入旋转装置系统。取热蒸发器1安装在井的底部，取热蒸发器1中的液体 为易挥发低沸点无腐蚀的液体，本实施方式中为乙醚，取热蒸发器1与气动旋转动力机4通 过进气管17联通，气动旋转动力机4为气动旋转缸，气动旋转动力机4利用磁力传动装置5 驱动采液泵7运转，由磁力传动装置5驱动采液泵7运转，进行采液；气动旋转动力机4与 换热器9之间安装蒸汽排气管8，气缸体中排出的气体通过蒸汽排气管8进入换热器9与低 温介质进行热交换，取热蒸发器1与换热器9之间安装冷凝回流隔温真空管16，在换热器9 热交换后形成的冷的液体乙醚回流到取热蒸发器l，进行下一次循环。换热器9通过排水 管10和回水管13分别与散热器15和冷却塔14相连，本实施方式中散热器15为散热片， 排水管10上安装同步控制马达20，同步控制马达20可以通过外部电机供电，当然，也可以 利用采液泵7抽取的液体的动力，驱动同步控制马达20工作，散热片安装在浅层地表以下 3-200米处的低温层，散热片中的介质为水。
密封承压套管3内部，位于取热蒸发器1与换热器9之间设有封闭的驱动腔21， 气动旋转动力机4、磁力传动装置5、采液泵7安装在驱动腔21内，进气管17及蒸汽排气管 8、冷凝回流隔温真空管16穿过该驱动腔21。井筒2及密封承压套管3在对应采液泵7泵 筒的部位设有进液孔19，密封承压套管3在对应采液泵7上、下两端的位置设置有隔层23， 采液泵7封闭在隔层23内，这样将采液泵7部位的液体控制在此区域内，无法进入装置的 其它部位。 这种井下地热能蒸汽驱动旋转装置的采液方法，利用地层深处中高温热能加热取 热蒸发器1里的低沸点液体介质，如乙醚，使之产生蒸汽压力，蒸汽压力通过进气管17进入 气动旋转动力机4，气动旋转动力机4利用磁力传动装置5驱动采液泵7运转，进行采液，气 缸体中排出的气体通过蒸汽排气管8，进入换热器9与低温介质水进行热交换，热交换后形 成的液体乙醚回流到取热蒸发器1进行下次再循环。 本发明由于直接在地下工作，无需将地热引导至地面，没有热量的损失，使得该装 置的造价低、无污染，输出能量大，不仅可以发电还可以抽液，可实现较低成本发电或采液， 装置不易泄露，可长时间平稳运行。
权利要求
一种井下地热能蒸汽驱动旋转装置，其特征在于它由取热蒸发器(1)、气动旋转动力机(4)、磁力传动装置(5)、发电机(6)、换热器(9)安装在密封承压套管(3)中构成，密封承压套管(3)底部为取热蒸发器(1)，取热蒸发器(1)安装在井筒(2)的底部，取热蒸发器(1)与气动旋转动力机(4)之间安装进气管(17)，气动旋转动力机(4)利用磁力传动装置(5)驱动发电机(6)运转；气动旋转动力机(4)与换热器(9)之间安装蒸汽排气管(8)，取热蒸发器(1)与换热器(9)之间安装冷凝回流隔温真空管(16)。
2. —种井下地热能蒸汽驱动旋转装置，其特征在于由取热蒸发器(1)、气动旋转动力 机(4)、磁力传动装置(5)、采液泵(7)、换热器(9)安装在密封承压套管(3)中构成，密封 承压套管(3)底部为取热蒸发器(l)，取热蒸发器(1)安装在井筒(2)的底部，取热蒸发器 (1)与气动旋转动力机(4)之间安装进气管(17);气动旋转动力机(4)利用磁力传动装置(5) 驱动采液泵(7)运转，井筒(2)及密封承压套管(3)在对应采液泵(7)泵筒的部位设有 进液孔(19)，密封承压套管(3)在对应采液泵(7)上、下两端的位置设置有隔层(23)，采液 泵(7)封闭在隔层(23)内；气动旋转动力机(4)与换热器(9)之间安装蒸汽排气管(8)， 取热蒸发器(1)与换热器(9)之间安装冷凝回流隔温真空管(16)。
3. 根据权利要求1或2所述的井下地热能蒸汽驱动旋转装置，其特征在于所述的取 热蒸发器(1)与换热器(9)之间设有封闭的驱动腔(21)，气动旋转动力机(4)、磁力传动装 置(5)、发电机(6)或采液泵(7)安装在驱动腔(21)内，进气管(17)及蒸汽排气管(8)、冷 凝回流隔温真空管(16)穿过该驱动腔(21)。
4. 根据权利要求1或2所述的井下地热能蒸汽驱动旋转装置，其特征在于所述的换 热器(9)通过循环管与散热器(15)相连，循环管上安装循环驱动泵(12)，散热器(15)安装 在浅层地表以下3-200米处的低温层。
5. 根据权利要求1或2所述的井下地热能蒸汽驱动旋转装置，其特征在于所述的换 热器(9)通过循环管与冷却塔(14)相连，循环管上安装同步控制马达(20)，冷却塔(14)安 装在地面上，同步控制马达(20)利用采液泵(7)抽出的液体的动力驱动。
6. 根据权利要求1所述的井下地热能蒸汽驱动旋转装置，其特征在于所述的发电机(6) 下部的磁力传动装置(5)的两极间设置了隔层(24)。
7. 根据权利要求1所述的井下地热能蒸汽驱动装置的发电方法，其特征在于利用地 层深处中高温热能加热取热蒸发器(1)里的低沸点液体介质，使之产生蒸汽压力，蒸汽压 力通过进气管(17)进入气动旋转动力机(4)，气动旋转动力机(4)利用磁力传动装置(5) 驱动发电机(6)运转，进行发电，气缸体中排出的气体通过蒸汽排气管(8)，进入换热器(9) 与低温介质水进行热交换，热交换后形成的液体回流到取热蒸发器(1)进行下次再循环。
8. 根据权利要求7所述的井下地热能蒸汽驱动装置的发电方法，其特征在于该方法 应用于电治炼、电铸铁、电解氢气、电解铝、电解铜、民用电。
9. 根据权利要求2所述的井下地热能蒸汽驱动装置的采液方法，其特征在于利用地 层深处中高温热能加热取热蒸发器(1)里的低沸点液体介质，使之产生蒸汽压力，蒸汽压 力通过进气管(17)进入气动旋转动力机(4)，气动旋转动力机(4)利用磁力传动装置(5) 驱动采液泵运转，进行抽液，气缸体中排出的气体通过蒸汽排气管(8)，进入换热器(9)与 低温介质水进行热交换，热交换后形成的液体回流到取热蒸发器(1)进行下次再循环。
10. 根据权利要求9所述的井下地热能蒸汽驱动装置的抽液方法，其特征在于该方法应用于油田中采油、抽水。
全文摘要
本发明涉及的是井下地热能蒸汽驱动旋转装置及其发电或抽液的方法，这种井下地热能蒸汽驱动旋转装置由取热蒸发器、气动旋转动力机、磁力传动装置、发电机、换热器安装在密封承压套管中构成，密封承压套管底部为取热蒸发器，取热蒸发器安装在井筒的底部，取热蒸发器与气动旋转动力机之间安装进气管，气动旋转动力机利用磁力传动装置驱动发电机运转；气动旋转动力机与换热器之间安装蒸汽排气管，取热蒸发器与换热器之间安装冷凝回流隔温真空管。本发明直接在地下工作，无需将地热引导至地面，没有热量的损失，使得该装置的造价低、无污染，输出能量大，可实现较低成本发电或采液，密封性能好，采用旋转驱动方式，装置无泄露，运行成本低，适用于海拔500米以下的广阔区域。
文档编号E21B43/00GK101749203SQ200810209749
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者龚智勇 申请人:龚智勇