Система подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом – геотеплоэлектроцентраль

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ПОДЪЕМА ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА НА ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ ПРОТОЧНЫМ ВОЗДУХОМ ГЕОТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ(71) Заявитель Горобец Петр Григорьевич(72) Автор Горобец Петр Григорьевич(73) Патентообладатель Горобец Петр Григорьевич(57) 1. Система подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом геотеплоэлектроцентраль, включающая в себя восходящую и нисходящую ветви естественного движения теплоносителя, например воздуха, отличающаяся тем, что в подземном гравитационном уровне системы выполнен, например методом подземного направленного взрыва, как минимум, один искусственный подземный резервуар, заполненный теплоносителем, например воздухом, реализующий в системе функцию подземного аккумулятора тепловой энергии земли, восходящая и нисходящая ветви движения теплоносителя в системе разделены между собой и скважины, в которых они смонтированы, расположены одна от другой на некотором расстоянии А, определяемом исходя из диаметра скважин, скорости движения теплоносителя в системе, скорости теплообмена таким образом, чтобы обеспечить максимально возможный теплообмен между аккумулятором и свежими порциями теплоносителя за время его прохождения через аккумулятор, верхний срез трубы нисходящей ветви системы, через который происходит забор холодного воздуха в систему, выведен на некоторый уровень, например на уровень поверхности земли и 22862005.12.30 определен как нулевой гравитационный уровень системы, от которого производится отсчет высотынадземного гравитационного уровня системы и глубины В подземного гравитационного уровня системы, верхний срез трубы восходящей ветви системы выведен на некоторую высотунад нулевым гравитационным уровнем системы, определяемую как надземный гравитационный уровень системы, который служит для усиления естественного потока теплоносителя по каналам системы и является гарантом движения потока теплоносителя только в заданном направлении. 2. Система подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом геотеплоэлектроцентраль по п. 1, отличающаяся тем, что трубы восходящей и нисходящей ветви системы выполнены термоизолированными по всей длине. 3. Система подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом геотеплоэлектроцентраль по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на восходящей ветви системы монтируется, как минимум, один теплообменник любого типа. 4. Система подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом геотеплоэлектроцентраль по п. 1 или 2, или 3, отличающаяся тем, что на нисходящей и восходящей ветви системы монтируется, как минимум, один аэродинамический преобразователь кинетической энергии потока воздуха в электричество. 5. Система подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом геотеплоэлектроцентраль по п. 1 или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что для возможности регулирования мощности воздушного потока в системе и для возможности полного прекращения движения теплоносителя по каналам системы, например для ремонтных целей, в нисходящей или восходящей ветвях системы устанавливается, как минимум, одна регулируемая задвижка. Полезная модель относится к области теплотехники и предназначена для извлечения тепловой энергии от подземного гравитационного уровня с более высоким температурным потенциалом и передачи ее на поверхность земли (нулевой гравитационный уровень) с использованием надземного гравитационного уровня в качестве ускорителя воздушного потока, проходящего через систему. Известен способ приема подземного тепла текущей водой 1. Устройство, реализующее способ, содержит нисходящую ветвь и восходящую ветвь, соединенные на подземном гравитационном уровне между собой в замкнутый герметичный контур через расширитель. Насос обеспечивает принудительную циркуляцию теплоносителя по каналам системы, а теплообменник - отбор тепла для передачи его к потребителям. Соединение в подземном гравитационном уровне двух ветвей системы, а также размещение под землей расширителя связано со значительными капительными затратами. Если учесть, что реальная глубина размещения подземного гравитационного уровня 30004000 м, где температура 100 С, то выполнить эту работу (соединение и размещение) традиционными методами практически невозможно. Недостатком системы являются и затраты энергии на принудительную прокачку теплоносителя. Да и сам теплоноситель,которым в данной системе является вода, также не является оптимальным. Без перечисленных недостатков известно устройство для извлечения и передачи тепловой энергии полярная труба Фильда 2 (прототип). В нем теплоносителем является воздух и его движение по каналам трубы Фильда обеспечивается без дополнительных затрат энергии. Но коаксиальное расположение нисходящей и восходящей ветвей в одной скважине резко ус 2 22862005.12.30 ложняет устройство. Рассекатели, расположенные во внутреннем и во внешнем (кольцевом) каналах, также усложняют трубу Фильда. Совмещение восходящего и нисходящего каналов в угоду компактности не позволяет в полной мере использовать потенциальные мощностные показатели скважины. Но именно извлечение максимально возможной мощности из скважины определенного диаметра является главной задачей любой системы подъема геотермального тепла на поверхность земли. Задачей данной полезной модели является создание простой по конструкции и технологичной по исполнению системы подъема геотермального тепла на поверхность земли без затрат энергии на механическое перемещение теплоносителя в каналах системы с целью извлечения максимально возможной тепловой и электрической мощности из скважин определенного типоразмера. Сущность и схема предлагаемой системы подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом изображена на фигуре. Задача решается следующим образом. В подземном гравитационном уровне, через эксплуатационные скважины, например, методом направленного подземного взрыва, образуется, как минимум, одна искусственная подземная полость (резервуар) 1. Подземный резервуар естественным образом заполняется теплоносителем, например воздухом, и служит аккумулятором геотермального тепла. В геотермальном аккумуляторе происходит также теплообмен между массами накопленного теплоносителя с порциями свежего (холодного) теплоносителя. Подземный аккумулятор тепла соединяется с поверхностью земли (нулевой гравитационный уровень), как минимум, одной термоизолированной по всей длине обсадной трубой 2, образующей нисходящую (холодную) ветвь системы подъема геотермального тепла, по которой происходит заполнение (зарядка) аккумулятора свежими (холодными) порциями теплоносителя. Подземный аккумулятор тепла также соединяется с надземным гравитационным уровнем, расположенным на некоторой высотенад нулевым гравитационным уровнем, как минимум, одной термоизолированной по всей длине трубой 3, образующей восходящую (горячую) ветвь системы подъема геотермального тепла. За счет разнесения по высоте нисходящей и восходящей ветвей происходит поляризация естественного движения теплоносителя, а также появляется дополнительный фактор (наряду с диаметром скважины и глубиной залегания подземного гравитационного уровня) увеличения полезной мощности извлекаемой из скважины. Термоизоляция по всей длине нисходящей и восходящей ветвей на фигуре показана пунктирной линией. Термоизоляция по всей длине нисходящей трубы 2 позволяет сохранить воздух холодным (т.е. тяжелым) и облегчить его движение с поверхности земли в аккумулятор. Термоизоляция по всей длине трубы 3 восходящей ветви делится на термоизоляцию подземной части и термоизоляцию надземной части. Термоизоляция подземной части обеспечивает сохранность тепловой энергии, запасенной в аккумуляторе, при ее подъеме на поверхность земли. Термоизоляция надземной части трубы 3 препятствует рассеиванию в окружающую среду остаточного тепла, которым продолжает обладать теплоноситель после прохождения теплоприемника, расположенного на уровне земли. Остаточное тепло воздушного потока в надземной части восходящей ветви усиливает естественный поток теплоносителя в системе и является гарантом движения теплоносителя в заданном направлении. Трубы 2 и 3 разнесены между собой на расстояние А, которое выбирается в зависимости от диаметра труб (скважин), глубины В и высотытаким образом, чтобы обеспечить максимально возможный теплообмен (воздух-воздух) за время прохождения теплоносителя через аккумулятор. Для отбора поднятого из-под земли тепла на поверхности земли в восходящей (горячей) ветви располагается, как минимум, один теплоприемник 4 любого типа. 3 22862005.12.30 Для полезного использования кинетической энергии естественного воздушного потока в системе на поверхности земли в нисходящей (холодной) ветви системы устанавливается, как минимум, один аэродинамической преобразователь 5 кинетической энергии воздушного потока в электричество. Для возможности регулирования мощности воздушного потока в системе и для полного прекращения движения теплоносителя по каналам системы возможна установка специальной регулируемой задвижки 7. Задвижка устанавливается в восходящей ветви перед теплоприемником и в нисходящей ветви перед аэродинамическим преобразователем со стороны воздухозаборника 6. Мощность системы прямо пропорциональна диаметру скважин, глубине В расположения искусственного аккумулятора геотермального тепла и высотеподъема трубы восходящей ветви над нулевым гравитационным уровнем. Предлагаемая система подъема геотермального тепла на поверхность земли проточным воздухом работает следующим образом. За счет разности давлений и температур теплоносителя в надземном гравитационном уровне и в подземном гравитационном уровне(т.е. аккумуляторе) происходит естественное движение теплоносителя вверх из аккумулятора по восходящей ветви системы к надземному гравитационному уровню. Создающееся в результате этого движения разрежение в аккумуляторе восполняется холодным воздухом с нулевого гравитационного уровня по нисходящей ветви системы. Таким образом,происходит естественное движение теплоносителя (воздуха) по каналам системы в заданном направлении. Холодного - по нисходящей ветви с поверхности земли в аккумулятор,горячего - по восходящей ветви с аккумулятора на надземный гравитационный уровень,проходя транзитом поверхность земли. Движение теплоносителя по каналам системы на фигуре показано стрелками. В нулевом гравитационном уровне (на поверхности земли) устанавливается один (или батарея) теплоприемников 4 для отбора тепла от теплого воздуха, движущегося по восходящей ветви в направлении надземного гравитационного уровня. Аэродинамический преобразователь 5 (или батарея преобразователей), расположенный на поверхности земли, но в холодной ветви системы, преобразует кинетическую энергию воздушного потока в электричество. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.