ГЕОТЕРМАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F24J3/08 

Изобретение касается извлечения глубинного тепла Земли и предназначено преимущественно к использованию на реках для поддержания свободной поверхности воды ото льда на фарватерах водных путей в зимнее время.

Известны аналоги устройств для извлечения глубинного тепла Земли (авт. св. СССР N 800513, кл. F 24 J 3/02, опублик. 1981, авт.св. СССР N 1218264, кл. F 24 J 3/08, опублик. 1986). В этих аналогах принимаются дополнительные агрегаты, использующие надземную энергию для функционирования устройств.

За прототип принято устройство по авт.св. СССР N 1402777, кл. F 24 J 3/08, опублик, 1988.

Недостатками прототипа являются наличие тепловых насосов, потребляющих надземную энергию, использование дополнительного материала для защиты наружной поверхности труб, в частности от коррозии, и отсутствие защиты от коррозии внутренних поверхностей труб.

В предлагаемом геотермальном устройстве, установленном в скважину на глубину горячих пластов и содержащем геотермотрубу с боковыми, содержащими верхние и нижние участки, и торцовыми стенками, разделенную внутренней перегородкой на две полости, соединенные с надземной системой трубопроводов, заполненных геотермоносителем; упомянутые верхние участки боковой стенки и перегородка выполнены полыми, причем в полом участке стенки установлены ребра жесткости, длина этого полого участка меньше длины полой перегородки, имеющей по оси трубы ребро жесткости, а геотермонагреватель выполнен из легких сплавов и верхним торцом заформован на уровне нижнего торца наружной боковой стенки с нижней частью внутренней боковой стенки геотермотрубы, где геотермоносителем является проточная речная вода, а горячие пласты выбираются с температурой, не превышающей 353 К.

На фиг. 1 схематически изображено геотермальное устройство с системой трубопроводов; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг.1 (схема водозаборного трубопровода); на фиг.4 вид по стрелке В на фиг.1 (схема водорасходного трубопровода); на фиг.5 вид по стрелке Г на фиг.1.

Геотермальное устройство, установленное в скважину горячих пластов, не превышающих температуру 353 К, содержит трубу 1 с боковыми стенками 2 и 3, между которыми по образующим имеются ребра 4 жесткости в количестве, например, трех, расположенных под углом 120^о (см. фиг.2).

Внутренняя полость, образованная боковой стенкой 3 (см. фиг.2), разделена полой перегородкой 5 на две равные полости 6 и 7. Перегородка 5 вдоль оси трубы 1 имеет ребро 8 жесткости, проходящее по всей ее длине. Верхний торец боковой стенки 3 герметически закрыт торцовой стенкой 9.

Наружная боковая стенка 2 является теплоизоляцией для внутренней боковой стенки 3. Дополнительной изоляцией являются воздушные зазоры 10 и 11, герметично закрытые торцовыми стенками 12 и 13 соответственно.

Нижняя часть внутренней боковой стенки 3 трубы 1 установлена глубже в скважину по отношению к наружной боковой стенке 2 и является геотермонагревателем, а нижний ее торец закрыт торцовой стенкой 14 с внутренней поверхностью 15, выполненной по сфере для уменьшения местного сопротивления потоку теплоносителя. Соединение полостей 6 и 7 внизу геотермонагревателя обеспечивается зазором между торцовой стенкой 14 боковой стенки 3 и торцовой стенкой 13 перегородки 5.

Для сквозного движения теплоносителя (речная вода) предназначена надземная система трубопроводов, содержащая трубы водозабора и водорасхода.

Водозаборная труба 16 (см. фиг.1) соединена с полостью 6 внутренней боковой стенки 3 у верхнего торца, оканчивается приемником 17, выполненным, например, в форме конфузора, и закрыта сеткой, выполненной по сфере и подкрепленной ребрами (не показана). Приемник 17 входным отверстием направлен против течения реки.

Для очистки воды (см. фиг.1) от взвешенных примесей на линии трубопровода 16 установлен фильтр 18. Для обеспечения очистки воды установлены проходной вентиль 19 и вентиль 20 с обратным клапаном, открывающимся по направлению движения теплоносителя. Для контроля давления теплоносителя установлен манометр 21. при периодической очистке фильтра 18 подача теплоносителя предусмотрена через запасной отвод 22 с идентичными соответственно установленными фильтром 23 и вентилями 24 и 25.

На участке трубы 16, входящем в воду, предусмотрена теплоизоляция, например, из трубы с загерметизированным воздушным зазором по торцам с трубой 16 (не показано).

Труба 16, находящаяся в воде, имеет (см. фиг.3) тросовую подвеску 26 (пригруз) против всплывания, а конец трубы 16 с приемником 17 и магистраль закреплены на якорях 27 с якорными тросами 28 и поплавками 29 на поплавковых тросах 30. Приемник 17 расположен вне фарватера, например около судоходного буя 31.

Водорасходная труба 32 (см. фиг.1) соединена с полостью 7 внутренней боковой стенки 3 у верхнего торца и оканчивается перфорированными трубами 33 в одну и более ниток, установленными вдоль фарватера реки прямолинейно или зигзагом в горизонтальной плоскости.

Подводный участок трубы 32 (см. фиг.4 и 5) и перфорированные трубы 33 имеют тросовую подвеску (пригруз) против всплывания, якоря 35 с якорными тросами 36 и поплавками 37 с поплавковыми тросами 38.

Водорасходная труба 32 имеет теплоизоляцию в подводной части, например, из трубы до первой нитки перфорированных труб 33 с воздушным зазором загерметизированным по торцам с трубой 32 (не показано).

Надводные участки труб 16 и 32 соответственно с подводными участками имеют фланцевые соединения 39 около уреза воды на берегу для выемки подводных участков с целью осмотра, очистки и ремонта.

Надводные участки труб 16 и 32 уложены, например, на бетонные стойки 40 и закреплены.

Для контроля за давлением и температурой теплоносителя установлены манометр 41 и термометр 42 соответственно.

Надземная система трубопроводов, фильтры и вентили имеют теплоизоляцию, загерметизированную от поступления паводковых вод (не показана).

Геотермальное устройство, система трубопроводов и теплоизоляция выполнены из полиэтиленовых труб и листов с антиоксидантом и стабилизаторами.

Геотермонагреватель внутренней боковой стенки 3 установлен глубже в скважину (см. фиг.1) и выполнен, например, из алюминиевых сплавов, а верхней частью заармирован и заформован с нижней полиэтиленовой внутренней боковой стенкой 3. Перегородка 5 из полиэтилена пропущена в геотермонагреватель и присоединена к нему по образующим, например, на основе эпоксидной смолы.

Устройство работает следующим образом.

Через входное отверстие приемника 17 теплоноситель (речная вода) под давлением, создаваемым течением реки, проходит в водозаборной трубе 16, фильтре 18, задерживающем взвешенные примеси, и поступает в полость 6. Теплоноситель опускаясь вниз, нагреваясь в геотермонагревателе не более 353 К, под действием давления и холодной воды в полости 6 поднимается вверх в полость 7. Из полости 7 теплоноситель поступает в водорасходную трубу 32 и далее распределяется по перфорированным трубам 33. Через перфорацию труб 33 нагретый теплоноситель выходит и нагревает воду фарватера реки, за счет чего предотвращается образование льда или осуществляется его растопление.

Полая перегородка 5 изолирует холодный теплоноситель в полости 7 от нагретого теплоносителя в полости 7. Наружная боковая стенка 2 трубы 1 ограничивает внешнее температурное воздействие на теплоноситель. Торцовые стенки 12 снизу и сверху препятствуют заполнению воздушного зазора 10 подземными и паводковыми водами соответственно. Устойчивость и жесткость трубе 1 придают ребра 4 и 8 жесткости.

При засорении фильтра 18 и его очистке теплоноситель проходит по запасному отводу 22, при этом с помощью вентиля 19 перекрывается основной проход трубопровода 16, а вентилем 24 открывается проход по отводу 22. Вентили 20 и 25 снабжены обратными клапанами, открывающимися по направлению хода теплоносителя.

Функционирование подводных частей водозаборного трубопровода 16 и водорасходного трубопровода 32 с перфорированными трубами 33 обеспечивается удержанием их на заданной глубине якорями и поплавками.

Контроль за давлением теплоносителя обеспечивается манометрами 21 и 14, а за температурой термометром 42.

Использование: на судоходных реках для поддержания свободной поверхности воды от льда на водных путях в зимнее время. Сущность изобретения: геотермальное устройство, установленное в скважину на глубину горячих пластов, не превышающих температуру 353К, содержит геотермотрубу, закрытую по торцам, имеющую периферийную и внутреннюю стенки, между которыми по образующим проходят ребра жесткости, и две стенки, разделяющие полость, образованную внутренней стенкой, пополам. Нижняя часть внутренней стенки выполнена из легких сплавов и совместно со стенками, разделяющими полость, опущена глубже переферийной стенки, а сверху полости внутренней стенки соединены с наземной системой трубопроводов, где геотермоносителм является проточная речная вода, для прокачки которой не требуется дополнительно надземная энергия. Геотермальные устройства с системой трубопроводов, расположенные по берегам судоходных рек, с использованием подземного тепла для круглогодичной навигации имеют экологическую чистоту и экономически эффективны при практической реализации. 5 ил.

ГЕОТЕРМАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, установленное в скважину на глубины горячих пластов, содержащее геотермотрубу с боковой, содержащей верхний и нижний участки, и торцевыми стенками, разделенную внутренней перегородкой на две полости, соединенные с надземной системой трубопроводов, заполненных геотермоносителем, отличающееся тем, что упомянутые верхний участок боковой стенки и перегородка выполнены полыми и снабжены ребрами жесткости, установленными в этих полостях, длина перегородки превышает длину верхнего участка стенки, а нижний участок выполнен из легких сплавов, при этом геотермоносителем является проточная речная вода, а горячие пласты выбираются с температурой, не превышающей 353 К.