一种高效低成本的地热利用系统的制作方法
【专利说明】一种高效低成本的地热利用系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种地热利用设备，具体涉及一种高效低成本的地热利用系统。
【背景技术】
[0003]地热利用是近些年能量利用的研究新领域。地热能是一种清洁能源，是可再生能源，其开发前景十分广阔。而传统的地热利用方式，是抽采热储层中的热水来供热与发电，或通过注水管向地热层内注入水，在地层中加热后，通过抽水管抽出热水的形式循环利用，这是一种利用热的对流特性，不仅热量的利用效率不高，抽采地下热水也需要能耗，而且抽出的矿化水含有一些污染物质，会造成地表水或地下水的污染，开采、维护成本较高；另外，地下水也是有限的，若不采取回灌，则地下热水会越抽越少，抽到一定时候就断流了。若采取回灌技术，则又会额外增加能耗。回灌是指对地下水进行补给，当抽到一定程度，将低温水回注到地层中，待其加热后再抽出到地表加以利用。因此，需要设计出一种高效、低成本、低能耗的地热利用系统，以降低地热利用的成本，不会产生水污染。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种高效低成本的地热利用系统。该系统采用多根高导导热柱插入干热岩层，以热传导的形式将热量从干热岩层将热传导至地表加以利用，可以长期高效使用，具有极佳的导热效率；并且，不使用传统的注水循环的方式，避免了对地表水或地下水的污染，具有极佳的环保效果。
[0005]为解决上述问题，本发明采用技术方案为:
以热传导形式来提取地热，所述地热利用系统包括地面供热站和地下导热柱；地下导热柱包括首尾连接为整体的上部导热柱、中部导热柱和下部导热柱；上部导热柱、中部导热柱和下部导热柱分别由若干个上部柱体单元、中部柱体单元和下部柱体单元通过连接结构首尾相连组成；
上部导热柱位于表层较松散的地层内，中部导热柱位于固结成岩的地层内，下部导热柱位于干热岩层内。三部分的导热柱分别与不同温度的地层对应，起到热传导的作用，下部导热柱吸收的热量，通过中部导热柱和上部导热柱传递至地面供热站使用。
[0006]优选的，上部导热柱的柱芯为硅柱、铜柱、铝柱；柱芯的圆周外侧依次设有玻璃棉层、聚氨酯泡沫塑料层、镀铝聚酯亚胺隔热层和防腐涂层。
[0007]优选的，中部导热柱的柱芯为导热柱的主体材料，要求为硅柱或铝柱等高热导材料，其导热系数至少为普通岩石的10倍以上，最好能采用纯铝柱，可以达到237w/m.k (普通岩石仅为0.l-5w/m.k);柱芯的圆周外侧依次设有玻璃棉层、聚氨酯泡沫塑料层和防腐涂层。
[0008]优选的，下部导热柱的柱芯为硅柱或高热导材料，柱芯的圆周侧面直接与干热岩接触导热，或利用高热导的液态材料与干热岩充分接触进行热能传导。
[0009]优选的，上部柱体单元、中部柱体单元和下部柱体单元的上端和下端分别设有一个连接柱头，连接柱头的外径小于柱芯的外径；上下相邻的两个连接柱头通过连接结构连接；连接结构包括连接环，连接环的内壁上设有螺纹，连接柱头的圆周外侧设有与连接环内壁螺纹配合的螺纹，这样通过连接柱头旋接在连接环上，相邻的两个柱体单元连接。
[0010]优选的，连接结构还包括位于连接环内部的硅胶导热片，所述硅胶导热片的上下侧面分别与连接环上下两侧的两个连接柱头的端部平面贴合。硅胶导热片具有弹性，能够将上下两个柱头之间紧密贴合，确保导热效率。
[0011]优选的，连接环的上侧面和下侧面由外到内依次设有外侧密封环、内侧密封环和硅胶密封环；外侧密封环的外径与连接环的外径相同。采用密封环将连接环的连接部位密封，避免热量的散失，保持连接结构的密封性，防止其受外部物质的腐蚀和污损。
[0012]优选的，外侧密封环为玻璃棉隔热密封环；内侧密封环为陶瓷纤维密封环。具有较佳的隔热效果。
[0013]优选的，上部导热柱的长度为l-200m ;中部导热柱的长度为1.0-3.0km ;下部导热柱的长度为100-500m。
[0014]优选的，地面供热站上设有导热结构和散热器，导热结构与上部导热柱的柱芯连接将热量传导至用热场所即热负载；散热器与导热流体接触，导热流体通过流入管和流出管进出散热器进行热交换。
[0015]本发明的优点和有益效果为:
能够长期高效使用，具有极佳的导热效率；并且，避免了对地下水的污染，具有极佳的环保效果；维护成本低；零能耗。
[0016]本发明中采用的连接结构，设有硅胶导热片，能够将相邻的柱头紧密贴合，确保导热效率；同时密封环能够确保连接结构的密封性，减少热量散失，避免外界物质造成的腐蚀和污损。
【附图说明】
[0017]图1为本发明高效低成本的地热利用系统的结构示意图。
[0018]图2为图1中D部分所示的连接结构的结构示意图。
[0019]图3为图1中AA线剖视图。
[0020]图4为图1中BB线剖视图。
[0021]图5为图1中CC线剖视图。
[0022]图中:1、散热器；2、流入管；3、导热结构；4、地面供热站；5、地面；6、上部导热柱；7、连接结构；8、中部柱体单元；9、中部导热柱；10、下部导热柱；11、下部柱体单元；12、干热岩层；13、表层与热源层之间的地层；14、表层固结成岩的地层；15、上部柱体单元；16、导热结构；17、循环栗；18、流出管；19、内侧密封环；20、外侧密封环；21、螺纹；22、连接环；23、硅胶导热片；24、硅胶密封环；25、防腐涂层；26、镀铝聚酯亚胺隔热层；27、聚氨酯泡沫塑料层；28、玻璃棉层；29、连接柱头；30、柱芯。
【具体实施方式】
[0023]下列实施例将进一步说明本发明。
[0024]一种高效低成本的地热利用系统，该地热利用系统以热传导形式来提取地热，所述地热利用系统包括地面供热站4和地下导热柱；地下导热柱包括首尾连接为整体的上部导热柱6、中部导热柱9和下部导热柱10 ;上部导热柱6、中部导热柱9和下部导热柱10分别由若干个上部柱体单元15、中部柱体单元8和下部柱体单元11通过连接结构7首尾相连组成；
上部导热柱6位于表层松散地层14内，中部导热柱9位于表层与热源层之间的固结成岩地层13内，下部导热柱10位于干热岩层12内。三部分的导热柱分别与不同温度的地层对应，起到热传导的作用，下部导热柱10吸收的热量，通过中部导热柱9和上部导热柱6传递至地面供热站4使用。
[0025]上部导热柱6