一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置及方法与流程

1.本发明涉及地热利用技术领域，尤其涉及一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置及方法。


背景技术：

2.深层地热是来自地球深处的可再生性热能，起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变，与浅层相比热能资源量巨大，品位更高，同时也是清洁的绿色环保型能源，可广泛应用于清洁发电、制冷供暖、医疗保健、温泉洗浴、种植养殖和旅游等。近年来地热发电发展迅猛，2015年世界地热发电总装机容量为12283.9兆瓦，能量为73550.3百万千瓦时每年，到2020年地热发电总装机容量增长至15950.46兆瓦，能量增长至95098.4百万千瓦时每年，拉动地热发电项目总投资达约104亿美元。我国深层地热资源丰富，据中国地质调查局调查数据显示，我国大陆3.0～10.0km深处地热资源总计为2.5
×
10
25
j,相当于860万亿吨标准煤，按2％的可开采资源量计算，相当于我国目前能源消耗总量的5200倍，可有效助力实现碳减排，现正处于发展阶段，应用前景广阔，是具有发展潜力的朝阳产业。
3.现有专利公开了申请号为cn99104276.x的地热区深层和非地热区超深层地热能源的开采利用方法，为了能够开采和利用地热区深层和非地热区超深层地热能源，首先钻一口深地热井或超深地热水平井，并在地面设有一套发电系统及供热采暖系统。本发明主要是利用地热区深层和非地热区超深层地热能源发电、换热产生纯净生活热水及供热采暖等，可实现全密闭循环无污染、无腐蚀的绿色能源开采，具有地热能源温度高，采热效率高及发电功率大等优点。
4.上述专利中，为了利用地热能源，可以在深层钻地热井，通过超长重力热管对蒸汽进行收集，通过蒸汽进行发电和供热水；上述专利中，通过蒸汽与清水进行换热实现对清水的加热，在进行换热时，蒸汽与清水接触面积少，蒸汽与清水换热效率差；在进行换热时，只能对蒸汽局部范围的水进行加热，导致清水受热不均匀，加热效果差，因此我们设计了一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置及方法来解决以上问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置及方法，其通过加热管的螺旋状设置可以增大蒸汽与水的接触面积，使水加热效果好；通过第一搅拌棒和第二搅拌棒的配合，可以使水搅拌充分，受热均匀；通过输送机构可以将加热箱底部和顶部的水混合，混合效果好。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置，包括加热箱，其特征在于，所述加热箱上贯穿设有与其固定连接的第一连接管，所述第一连接管远离加热箱的一端固定连接有地热发电站，所述地热发电站上固定连接有进气管，所述第一连接管的另一端固定连接有与其相连通的加热管，所述加热管固定连接有与其相连通的排气管，所述排气管贯
穿加热箱并与其固定连接，所述加热箱上贯穿设有与其固定连接的进水管，所述加热箱上贯穿设有与其固定连接的集水管，所述集水管的另一端固定连接有水泵，所述水泵上固定连接有第二连接管，所述第二连接管的另一端固定连接有存储箱，所述加热箱的顶部固定连接有风力空心壳体，所述风力空心壳体贯穿第一连接管设置，所述第一连接管与风力空心壳体相连通，所述风力空心壳体上贯穿设有与其转动连接的伸缩杆，所述伸缩杆的外壁固定连接有多个等间距分布的风轮叶片，所述伸缩杆贯穿加热箱并与其转动连接，所述伸缩杆的底部固定连接有往复丝杆，所述往复丝杆的底部固定连接有第一旋转杆，所述第一旋转杆的外壁固定连接有多个第一搅拌棒，所述往复丝杆的外壁套设有限位块，所述限位块的外壁固定连接有两个l型杆，两个所述l型杆均与加热箱的内壁固定连接，所述加热箱上设有搅拌机构，所述加热箱内设有输送机构。
8.优选地，所述搅拌机构包括与伸缩杆的外壁固定连接的主动齿轮，所述主动齿轮啮合有两个从动齿轮，两个所述从动齿轮均固定连接有第二旋转杆，两个所述第二旋转杆均贯穿加热箱并与其转动连接，两个所述第二旋转杆的外壁均固定连接有第二搅拌棒。
9.优选地，所述输送机构包括与加热箱的内底部固定连接的框体，所述第一旋转杆的底部固定连接有轴承，所述轴承固定连接有密封滑块，所述密封滑块与框体滑动连接，所述密封滑块上贯穿设有多个通孔，每个所述通孔的内壁上均安装有第一单向阀，所述框体上贯穿设有与其固定连接的输送管，所述输送管的外壁上安装有第二单向阀，所述输送管与加热箱的内壁固定连接。
10.优选地，所述输送机构包括与加热箱的内底部固定连接的框体，所述第一旋转杆的底部固定连接有轴承，所述轴承固定连接有密封滑块，所述密封滑块与框体滑动连接，所述密封滑块上贯穿设有多个通孔，每个所述通孔的内壁上均安装有第一单向阀，所述框体上贯穿设有与其固定连接的输送管，所述输送管的外壁上安装有第二单向阀，所述输送管与加热箱的内壁固定连接。
11.优选地，所述加热箱的内壁设有一层，所述的材质为聚氨酯保温材料。
12.优选地，所述加热管呈螺旋状设置。
13.优选地，所述集水管的外壁安装有电磁阀门。
14.优选地，相邻的两个所述第一搅拌棒之间的间距大于往复丝杆的长度。
15.本发明还提出一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热方法，包括以下步骤：
16.s1，首先进气管输入蒸汽，通过地热发电站进行发电，剩余的蒸汽通过第一连接管、风力空心壳体、加热管，最后通过排气管输出，加热管对加热箱内的水进行加热，通过蒸汽流动产生的风力驱动风力空心壳体内的风轮叶片进行旋转；
17.s2，然后通过风轮叶片旋转带动伸缩杆、往复丝杆、第一旋转杆、第一搅拌棒进行旋转；
18.s3，通过往复丝杆和限位块的配合可以使往复丝杆、第一旋转杆、第一搅拌棒边旋转边上下移动；
19.s4，通过伸缩杆旋转可以带动主动齿轮、从动齿轮、第二旋转杆、第二搅拌棒进行旋转，且第一搅拌棒的旋转方向与两个第二搅拌棒的旋转方向相反；
20.s5，通过第一旋转杆可以带动密封滑块上下移动，可以将加热箱底部的水不断注
入到输送管内，最后通过输送管的另一端排出；
21.s6，当温度探测器探测到加热箱内的水温度适宜时，通过中央控制器可以打开电磁阀门和启动水泵，将加热箱内的水通过集水管、第二连接管注入到存储箱内进行收集存储。
22.本发明与现有技术相比，其有益效果为：
23.1、通过加热管的螺旋状设置可以增大与加热箱内水的接触面积，进而可以对加热箱内的水进行加热，且接触面积广，加热效果好。
24.2、通过蒸汽流动产生的风力驱动风力空心壳体内的风轮叶片进行旋转，进而带动伸缩杆、往复丝杆、第一旋转杆、第一搅拌棒进行旋转，对加热箱内的水进行搅拌，使加热箱内的水受热均匀。
25.3、在往复丝杆旋转过程中，通过往复丝杆和限位块的配合可以使往复丝杆、第一旋转杆、第一搅拌棒边旋转边上下移动(此过程中伸缩杆收缩或拉伸)，可以通过第一搅拌棒的移动可以对加热箱内不同高度的水进行搅拌混合，使加热箱内的水受热均匀。
26.4、通过伸缩杆旋转可以带动主动齿轮、从动齿轮、第二旋转杆、第二搅拌棒进行旋转，通过第二搅拌棒旋转可以再次对加热箱内的水进行搅拌，且第一搅拌棒的旋转方向与两个第二搅拌棒的旋转方向相反，使加热箱内的水搅拌效果更好。
27.5、通过第一旋转杆可以带动密封滑块上下移动，通过密封滑块不断上下移动，可以将加热箱底部的水不断注入到输送管内，最后通过输送管的另一端排出，使加热箱底部的水注入到顶部，使加热箱内的水进行混合，使其受热均匀。
28.综上所述，本发明通过加热管的螺旋状设置可以增大蒸汽与水的接触面积，使水加热效果好；通过第一搅拌棒和第二搅拌棒的配合，可以使水搅拌充分，受热均匀；通过输送机构可以将加热箱底部和顶部的水混合，混合效果好。
附图说明
29.图1为本发明提出的一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置的剖面图；
30.图2为本发明提出的一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置的正视图；
31.图3为图1中a处结构放大图。
32.图中：1加热箱、2进气管、3地热发电站、4第一连接管、5加热管、6排气管、7进水管、8集水管、9风力空心壳体、10伸缩杆、11往复丝杆、12第一旋转杆、13第一搅拌棒、14限位块、15l型杆、16主动齿轮、17从动齿轮、18第二旋转杆、19第二搅拌棒、20框体、21轴承、22密封滑块、23通孔、24第一单向阀、25输送管、26第二单向阀、27温度探测器、28中央控制器、29电磁阀门、30水泵、31第二连接管、32存储箱、33保温层、34风轮叶片。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
34.参照图1-3，一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热装置，包括加热箱1，加
热箱1上贯穿设有与其固定连接的第一连接管4，第一连接管4远离加热箱1的一端固定连接有地热发电站3，可以在深层钻地热井，通过超长重力热管对蒸汽(重力热管里面是氨工质)进行收集(超长重力热管的内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，且具有优良的等温性)，通过蒸汽输入至地热发电站3内的汽轮发电机组内，实现深层地热能超大功率发电(此技术为现有技术，再次不再赘述)，地热发电站3上固定连接有进气管2，地热蒸汽通过进气管2进行输入，第一连接管4的另一端固定连接有与其相连通的加热管5，加热管5呈螺旋状设置，可以增大与加热箱1内水的接触面积，使对加热箱1内的水加热效果好，加热管5固定连接有与其相连通的排气管6，排气管6贯穿加热箱1并与其固定连接，将蒸汽通过排气管6排出，加热箱1上贯穿设有与其固定连接的进水管7，通过外界向加热箱1内补充冷水，加热箱1上贯穿设有与其固定连接的集水管8，集水管8的外壁安装有电磁阀门29，集水管8的另一端固定连接有水泵30，水泵30上固定连接有第二连接管31，第二连接管31的另一端固定连接有存储箱32，加热箱1的内底部固定连接有温度探测器27，加热箱1的顶部固定连接有中央控制器28，当温度探测器27探测到加热箱1内的水温度适宜时，打开电磁阀门29和启动水泵30，将加热箱1内的热水收集到存储箱32内，用于提供人民生活的热水。
35.加热箱1的顶部固定连接有风力空心壳体9，风力空心壳体9贯穿第一连接管4设置，第一连接管4与风力空心壳体9相连通，风力空心壳体9上贯穿设有与其转动连接的伸缩杆10，伸缩杆10的外壁固定连接有多个等间距分布的风轮叶片34，当蒸汽通过风力空心壳体9时，此时蒸汽流动产生的风力驱动风力空心壳体9内的风轮叶片34进行旋转，通过风力为装置提供动力，降低了能耗，伸缩杆10贯穿加热箱1并与其转动连接，伸缩杆10的底部固定连接有往复丝杆11，往复丝杆11的底部固定连接有第一旋转杆12，第一旋转杆12的外壁固定连接有多个第一搅拌棒13，通过第一搅拌棒13旋转可以对加热箱1内的水进行搅拌，避免加热管5周围局部受热，使其受热均匀。
36.相邻的两个第一搅拌棒13之间的间距大于往复丝杆11的长度，在第一搅拌棒13上下移动时不会与第二搅拌棒19发生碰撞，保证装置的正常运行，往复丝杆11的外壁套设有限位块14，限位块14的外壁固定连接有两个l型杆15，两个l型杆15均与加热箱1的内壁固定连接，可以使第一搅拌棒13边旋转边上下移动，对加热箱1内的不同高度的水进行搅拌，搅拌效果好。
37.加热箱1上设有搅拌机构，搅拌机构包括与伸缩杆10的外壁固定连接的主动齿轮16，主动齿轮16啮合有两个从动齿轮17，两个从动齿轮17均固定连接有第二旋转杆18，两个第二旋转杆18均贯穿加热箱1并与其转动连接，两个第二旋转杆18的外壁均固定连接有第二搅拌棒19，通过第二搅拌棒19旋转且其旋转方向与第一搅拌棒13相反，对加热箱1内的水起到辅助搅拌的作用，避免加热管5周围局部受热，使其受热均匀。
38.加热箱1内设有输送机构，输送机构包括与加热箱1的内底部固定连接的框体20，第一旋转杆12的底部固定连接有轴承21，轴承21固定连接有密封滑块22，密封滑块22与框体20滑动连接，密封滑块22的横截面呈矩形设置，使其在框体20内只能上下移动，且密封滑块22与框体20密封设置，密封滑块22上贯穿设有多个通孔23，每个通孔23的内壁上均安装有第一单向阀24，避免第一单向阀24底部的水通过通孔23注入到第一单向阀24的顶部，框体20上贯穿设有与其固定连接的输送管25，输送管25的外壁上安装有第二单向阀26，第二
单向阀26避免输送管25内的水直接回流到框体20内，输送管25与加热箱1的内壁固定连接，输送管25延伸至加热箱1的顶部，可以将底部的水注入到顶部，使加热箱1内的水混合均匀，加热箱1的内壁设有一层保温层33，保温层33的材质为聚氨酯保温材料，可以对加热箱1内的水进行保温，避免热量的流失。
39.本发明还提出一种用于深层地热热伏发电与梯级采暖的换热方法，包括以下步骤：
40.s1，首先进气管2输入蒸汽，通过地热发电站3进行发电，剩余的蒸汽通过第一连接管4、风力空心壳体9、加热管5，最后通过排气管6输出，加热管5对加热箱1内的水进行加热，通过蒸汽流动产生的风力驱动风力空心壳体9内的风轮叶片34进行旋转；
41.s2，然后通过风轮叶片34旋转带动伸缩杆10、往复丝杆11、第一旋转杆12、第一搅拌棒13进行旋转；
42.s3，通过往复丝杆11和限位块14的配合可以使往复丝杆11、第一旋转杆12、第一搅拌棒13边旋转边上下移动；
43.s4，通过伸缩杆10旋转可以带动主动齿轮16、从动齿轮17、第二旋转杆18、第二搅拌棒19进行旋转，且第一搅拌棒13的旋转方向与两个第二搅拌棒19的旋转方向相反；
44.s5，通过第一旋转杆12可以带动密封滑块22上下移动，可以将加热箱1底部的水不断注入到输送管25内，最后通过输送管25的另一端排出；
45.s6，当温度探测器27探测到加热箱1内的水温度适宜时，通过中央控制器28可以打开电磁阀门29和启动水泵30，将加热箱1内的水通过集水管8、第二连接管31注入到存储箱32内进行收集存储。
46.本发明中，通过进气管2将蒸汽输入，蒸汽通过地热发电站3可以进行发电，剩余的蒸汽通过第一连接管4、风力空心壳体9、加热管5，最后通过排气管6输出，加热管5的螺旋状设置可以增大与加热箱1内水的接触面积，进而可以对加热箱1内的水进行加热；通过蒸汽流动产生的风力驱动风力空心壳体9内的风轮叶片34进行旋转，进而带动伸缩杆10、往复丝杆11、第一旋转杆12、第一搅拌棒13进行旋转，对加热箱1内的水进行搅拌，使加热箱1内的水受热均匀；在往复丝杆11旋转过程中，通过往复丝杆11和限位块14的配合可以使往复丝杆11、第一旋转杆12、第一搅拌棒13边旋转边上下移动(此过程中伸缩杆10收缩或拉伸)，可以通过第一搅拌棒13的移动可以对加热箱1内不同高度的水进行搅拌混合，使加热箱1内的水受热均匀；通过伸缩杆10旋转可以带动主动齿轮16、从动齿轮17、第二旋转杆18、第二搅拌棒19进行旋转，通过第二搅拌棒19旋转可以再次对加热箱1内的水进行搅拌，且第一搅拌棒13的旋转方向与两个第二搅拌棒19的旋转方向相反，使加热箱1内的水搅拌效果更好；在第一旋转杆12边旋转边上下移动的过程中，通过第一旋转杆12可以带动密封滑块22上下移动，当密封滑块22上移时，密封滑块22下侧的空间变大形成负压，加热箱1内的水会通过通孔23进入到密封滑块22的下侧，当密封滑块22下移时，此时可以将密封滑块22下侧的空间的水注入到输送管25内，通过密封滑块22不断上下移动，可以将加热箱1底部的水不断注入到输送管25内，最后通过输送管25的另一端排出，使加热箱1底部的水注入到顶部，使加热箱1内的水进行混合，使其受热均匀，当温度探测器27探测到加热箱1内的水温度达到适宜时，此时信号传递到中央控制器28内，通过中央控制器28可以打开电磁阀门29和启动水泵30，将加热箱1内的水通过集水管8、第二连接管31注入到存储箱32内进行收集存储，用于提
供人民生活的热水。
47.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。