专利名称：井下地热能蒸汽驱动装置及其发电或抽液方法
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。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下地热能蒸汽驱动装置，这种井
下地热能蒸汽驱动装置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，同时本发明还提供
了这种井下地热能蒸汽驱动装置发电或抽液的方法。
本发明是这样实现的这种井下地热能蒸汽驱动装置包括取热蒸发器、
自动换向阀、气动缸、驱动腔、换热器，取热蒸发器安装在井的底部，取热 蒸发器与自动换向阀联通，自动换向阀与气动缸间安装进、排气管，气动缸 的驱动杆伸入驱动腔；自动换向阀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。
上述方案中的驱动腔内安装发电机，由驱动杆或液体马达驱动发电机运转。
上述方案中的驱动腔内安装采液泵，由驱动杆驱动采液泵的柱塞进行上 下吸液活动。
更进一步的方案是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。
上述井下地热能蒸汽驱动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，蒸汽压力通过自 动动换向阀进入气动缸，推动塞片在缸体中往复运动，驱动杆再推动发动机 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连接换向阀 的排气管，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装置的发电的方法，应用于电治炼、电铸铁、 电解氢气、民用电。
上述井下地热能蒸汽驱动装置抽液的方法，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，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 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l是本发明的结构示意图2是本发明第一种实施方式的结构示意图3是本发明第二种实施方式的结构示意图；图4是本发明第四种实施方式的结构示意图。
图中l取热蒸发器2自动换向阀3气动缸4驱动腔 5换热器6 井7进、排气管8蒸汽排汽管9冷凝回流隔温真空管 IO排水管 11 回水管12循环驱动泵13散热器14地面15直线发电机16采油泵 17驱动杆18塞片19旋转发电机20液体马达
具体实施例方式
结合附图对本发明做进一步说明 '图1是本发明的结构示意图，图2是本发明第一种实施方式的结构示意 图，如图l、图2所示，这种井下地热能蒸汽驱动装置包括取热蒸发器l、自
动换向阀2、气动缸3、驱动腔4、换热器5，本实施方式中的井6为地热井， 安装在地面14下，井筒由金属套管制成，井深以能够获得地热为标准，取热 蒸发器1安装在井6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与自动换向阀2通过蒸汽联通 管联通，自动换向阀2与气动缸3间安装进、排气管7，气动缸3为多级气动 缸，气动缸3的驱动杆17伸入驱动腔4，驱动腔4内安装直线发电机15，由 驱动杆17驱动直线发电机15运转，产生电能；自动换向阀2与换热器5之 间安装蒸汽排气管8，气缸体中排出的气体通过连接自动换向阀2的蒸汽排气 管8，进入换热器5与低温介质进行热交换，取热蒸发器1与换热器5之间安 装冷凝回流隔温真空管9，在换热器5热交换后形成的冷的液体乙醚回流到取 热蒸发器1，进行下一次循环。换热器5通过排水管10和回水管11与散热器 3相连，本实施方式中散热器3为散热片，排水管10上安装循环驱动泵12， 直线发电机15给电机供电，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。
这种井下地热能蒸汽驱动装置的发电方法，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 力通过自动动换向阀2进入气动缸3，推动塞片18在缸体中往复运动，驱动杆17再推动直线发电机15运转，进行发电，气缸体中排出的气体通过连接 自动换向阀2的蒸汽排气管8，进入换热器5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3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 能蒸汽驱动装置包括取热蒸发器1、自动换向阀2、气动缸3、驱动腔4、换 热器5，本实施方式中的井6为油井，井筒由金属套管制成，取热蒸发器l安 装在井6的底部，取热蒸发器1与自动换向阀2联通，自动换向阀2与气动 缸3间安装进、排气管7，气动缸3为多级气动缸，气动缸3的驱动杆17伸 入驱动腔4，驱动腔4内安装采油泵16，由驱动杆17驱动采油泵16运转； 自动换向阀2与换热器5之间安装蒸汽排气管8，取热蒸发器1与换热器5之 间安装冷凝回流隔温真空管9。换热器5通过排水管10和回水管11与散热器 3相连，本实施方式中散热器3为散热管，排水管10上安装循环驱动泵12， 循环驱动泵12由采油泵16排出液体驱动液体马达20运转，液体马达20驱 动循环驱动泵12运转，散热管安装在浅层地表以下4米处的低温层，散热管 中的介质为水。
这种井下地热能蒸汽驱动装置的抽油的方法，利用地层深处中高温热能 加热取热蒸发器1里的液体介质乙醚，使之产生蒸汽压力，蒸汽压力通过自 动换向阀2进入气动缸3，推动塞片在缸体中往复运动，驱动杆17再推动采 液泵16运转，进行抽吸油品，气缸体中排出的气体乙醚通过连接自动换向阀 2的蒸汽排气管8，进入换热器5与低温介质进行热交换，热交换后形成的乙 醚液体回流到取热蒸发器1进行下次再循环。
本发明第三种实施方式中，井6为水井，井筒由水泥预制而成，为长方 体形状的，取热蒸发器1安装在井的底部，取热蒸发器1与自动换向阀2联 通，自动换向阀2与气动缸3间安装进、排气管7，气动缸3为单级气动缸， 气动缸3的驱动杆17伸入驱动腔4，驱动腔4内安装抽水泵，由驱动杆17驱 动抽水泵运转；自动换向阀2与换热器5之间安装蒸汽排气管8，取热蒸发器1与换热器5之间安装冷凝回流隔温真空管9。换热器5通过循环管与散热水
箱相连，循环管上安装循环驱动泵12，循环驱动泵12由抽水泵排出液体驱动。 散热水箱安装在浅层地表以下200米处的低温层，散热水箱中的介质为水。
这种井下地热能蒸汽驱动装置的抽水的方法，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乙醚，使之产生蒸汽压力，蒸汽压力 通过自动换向阀2进入气动缸3，推动塞片在缸体中往复运动，驱动杆17再 推动抽水泵运转，进行抽水，气缸体中排出的气体乙醚通过连接自动换向阀2 的蒸汽排气管8，进入换热器5与低温介质进行热交换，热交换后形成的乙醚 液体回流到取热蒸发器1进行下次再循环。
本发明第四种实施方式中，井6为油气井，井筒由金属套管制成，取热 蒸发器1安装在井6的底部，取热蒸发器1与自'动换向阀2通过蒸汽联通管 联通，自动换向阀2与气动缸3间安装进、排气管7，气动缸3为多级气动缸， 气动缸3的驱动杆伸入驱动腔4，驱动腔4内安装旋转发电机19，由驱动杆 17通过液体马达20驱动旋转发电机19运转，产生电能，同时旋转发电机19 给电机供电，电机带动循环驱动泵12工作，散热片安装在浅层地表以下100 米处的低温层，散热片中的介质为水。其它结构与第一种实施方式相同。
本发明中的井6还可以由水泥预制成圆筒形状的。
本发明中的自动换向阀与气动缸间安装进、排气管7还可以安装在驱动 杆17和塞片18中，实现在气动缸3内部完成进排气。
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。
权利要求
1、一种井下地热能蒸汽驱动装置，其特征在于它包括取热蒸发器(1)、自动换向阀(2)、气动缸(3)、驱动腔(4)、换热器(5)，取热蒸发器(1)安装在井(6)的底部，取热蒸发器(1)与自动换向阀(2)联通，自动换向阀(2)与气动缸(3)间安装进、排气管(7)，气动缸(3)的驱动杆(17)伸入驱动腔(4)；自动换向阀(2)与换热器(5)之间安装蒸汽排气管(8)，取热蒸发器(1)与换热器(5)之间安装冷凝回流隔温真空管(9)。
2、 根据权利要求1所述的井下地热能蒸汽驱动装置，其特征在于所述 的驱动腔(4)内安装发电机，由驱动杆(17)或液体马达(20)驱动发电机 运转。
3、 根据权利要求1所述的井下地热能蒸汽驱动装置，其特征在于所述的驱动腔(4)内安装采液泵(16)，由驱动杆(17)驱动采液泵(16)的柱 塞上下运动。
4、 根据权利要求2或3所述的井下地热能蒸汽驱动装置，其特征在于 所述的换热器(5)通过循环管与散热器(13)相连，循环管上安装循环驱动 泵(12)，散热器(13)安装在地下。
5、 根据权利要求4所述的井下地热能蒸汽驱动装置，其特征在于所述 的散热器(13)安装在浅层地表以下3—200米处的低温层。
6、 根据权利要求1所述的井下地热能蒸汽驱动装置，其特征在于所述 的气动缸(3)为单级缸或多级缸，自动换向阀与气动缸间的进、排气管(7) 安装在驱动杆(17)和塞片(18)中；所述的散热器(13)为散热片或散热 管；所述的井(6)由金属套管制成，或由水泥预制成。
7、 根据权利要求1所述的井下地热能蒸汽驱动装置，其特征在于这种 井下地热能蒸汽驱动装置使用于油气井或水井或地热井中。
8、 根据权利要求1所述的井下地热能蒸汽驱动装置的发电或抽液的方法， 其特征在于利用地层深处中高温热能加热取热蒸发器(1)里的液体介质， 使之产生蒸汽压力，蒸汽压力通过自动换向阀(2)进入气动缸(3)，推动塞 片在缸体中往复运动，驱动杆(17)再推动发动机或采液泵(16)运转，进行发电或抽吸液体，气缸体中排出的气体通过连接自动换向阀(2)的蒸汽排 气管(8)，进入换热器(5)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(1)进行下次再循环。
9、 根据权利要求8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、民用电。
10、根据权利要求8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
本发明公开了井下地热能蒸汽驱动装置及其发电或抽液的方法，是利用地球自身深处中高温层的热能进行驱动的装置，可以用来发电或抽取液体，它包括取热蒸发器、自动换向阀、气动缸、驱动腔、换热器，取热蒸发器安装在井的底部，取热蒸发器与自动换向阀联通，自动换向阀与气动缸间安装进、排气管，气动缸的驱动杆伸入驱动腔；自动换向阀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，装置造价低、无污染，可实现较低成本发电或采液，投资少，适用范围广，适用于海拔500米以下的广阔区域，为改变能源供给方式提供了一项新技术、新方法。
文档编号H02K7/18GK101440784SQ20071014465
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月19日 优先权日2007年11月19日
发明者龚智勇 申请人:龚智勇