專(zhuān)利名稱(chēng)：地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及一種地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)(self-containin-ground geothermal generator)；本發(fā)明同時(shí)也涉及有效使用地?zé)崮芰康姆椒ā?br> 現(xiàn)有技術(shù)地?zé)崾且环N可更新的能源，其可能由起區(qū)域地震和山脈升高的地殼活動(dòng)所產(chǎn)生。 取之不盡的地?zé)峥梢杂脕?lái)進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電。地球的外殼巖石圈由地殼和上地幔組成，在更熱和更有彈性的上地幔區(qū)域之上、地殼之下的區(qū)域，叫做軟流圈。地殼的厚度從幾英里到大約 150英里不等。被地表之下深處的巖漿加熱的石頭——有時(shí)會(huì)達(dá)到華氏700度——煮沸蓄積在地下儲(chǔ)水層里的水。這種由地?zé)峒訜岬乃徊糠至鹘?jīng)地下的斷層和裂縫，到達(dá)地球表面，形成溫泉或者熱的間歇噴泉，但是其中的大部分留在地下深處，蓄積在裂縫和巖石的孔洞中。這種熱水的自然蓄積叫做地?zé)嵝罘e庫(kù)。人們已經(jīng)通過(guò)自然的溫泉來(lái)體驗(yàn)地?zé)岬倪@種活動(dòng)。當(dāng)前，人們通過(guò)鉆井到地?zé)嵝罘e庫(kù)將熱水輸送到地表。在地?zé)岚l(fā)電裝置，這種熱水以管道抽到地表。然后，除掉二氧化硅以后，生成蒸汽并用蒸汽來(lái)使透平旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生機(jī)械能。連接透平與發(fā)電機(jī)的軸將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。用過(guò)的地下熱水隨后沿著注射井返回儲(chǔ)積層重新加熱，以維持壓力并保持儲(chǔ)積層的水量。有三種地?zé)岚l(fā)電裝置。人們根據(jù)儲(chǔ)積層的溫度和壓力來(lái)選擇地?zé)岚l(fā)電裝置的種類(lèi)。1、“干”的地?zé)嵴羝麕?kù)只產(chǎn)生蒸汽和非常少量的水。蒸汽直接以管道抽到“干”的蒸汽發(fā)電裝置，以提供驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的力。世界上最大的干的蒸汽田位于TheGeysers， 其位于舊金山北部大約90英里。The Geysers的發(fā)電開(kāi)始于1960年，該項(xiàng)目是歷史上最成功的可替代能源項(xiàng)目。2、主要提供熱水的地?zé)嵝罘e庫(kù)叫做“地下熱水庫(kù)”，其用于“閃蒸 (flash) ”能源工廠。溫度在華氏300-700度范圍內(nèi)的水通過(guò)生產(chǎn)井輸送到地表，在生產(chǎn)井中，由于從深層熱水庫(kù)的壓力中釋放，一些水通過(guò)分離裝置除掉二氧化硅以后，瞬間進(jìn)入蒸汽狀態(tài)。這些蒸汽為透平提供動(dòng)力。3、溫度在華氏250-360度之間的蓄積庫(kù)由于不夠熱， 不足以瞬間產(chǎn)生足夠的蒸汽，但是仍然可以用于在“雙循環(huán)(binary)”發(fā)電裝置中發(fā)電。在雙循環(huán)系統(tǒng)中，地下熱水經(jīng)過(guò)熱交換器，在熱交換器中地下熱水的熱量被轉(zhuǎn)換進(jìn)第二液體， 例如沸點(diǎn)低于水的異戊烷。當(dāng)受到加熱，第二液體瞬間進(jìn)入蒸汽狀態(tài)，其如同蒸汽，向四周擴(kuò)展，并且驅(qū)動(dòng)透平葉片旋轉(zhuǎn)。異戊烷蒸汽隨后凝結(jié)為液體，并且反復(fù)循環(huán)利用。在這個(gè)封閉回路的循環(huán)圈中，不產(chǎn)生排放到空氣中的排放物。其同時(shí)被證明是一種相對(duì)清潔的能源。幾十年來(lái)，位于地震和火山區(qū)域的超過(guò)30
5個(gè)國(guó)家已廣泛使用地?zé)崮茉?。發(fā)展地?zé)崮茉词芟抻诘乩砦恢?。地?zé)豳Y源限于地殼板塊分界線處的淺層地下熱水庫(kù)。世界上的大部分地?zé)豳Y源位于熱干巖石之下(3-6英里)，其沒(méi)有水，但是卻有大量的熱量。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家關(guān)注熱干巖石的熱量，以滿(mǎn)足其未來(lái)的能量需求。世界上的一些地區(qū)，蒸汽距離地表不像The Geysers那么近，工程師正在進(jìn)行名為“熱干巖石技術(shù)”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。在熱干巖石地?zé)峒夹g(shù)中，位于地殼下方深處的高溫巖石里并沒(méi)有蒸汽，因此美國(guó)、 日本、英國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)和澳大利亞的科學(xué)家，已經(jīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)管道將水送進(jìn)這些深埋于地下的高溫巖石中，以產(chǎn)生更多的熱水資源，供地?zé)岚l(fā)電裝置使用。最簡(jiǎn)單的熱干巖石能量工廠包括一口注射井和兩口生產(chǎn)井。他們所嘗試的是，向下鉆一口注射井到巖石，并且沿著注射井、在壓力下、注射他們?cè)诘乇戆l(fā)現(xiàn)的任何水源，希望這些水能穿過(guò)位于高溫花崗巖中、作為地下熱交換器的、 形狀不一的裂縫，以提供地下水庫(kù)，然后在周?chē)@更多的生產(chǎn)井，試著重新獲得這些水和蒸汽，并將其泵送到地表，在常規(guī)或“雙循環(huán)”的發(fā)電裝置中使用。18世紀(jì)燃煤蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明徹底改革了工業(yè)生產(chǎn)的方式，并打開(kāi)了鐵路和海運(yùn)的機(jī)械運(yùn)輸大門(mén)。盡管石油已經(jīng)代替了煤成為許多設(shè)備的燃料，并且往復(fù)式引擎已經(jīng)讓位于蒸汽透平，但使用高壓、過(guò)熱水蒸汽的現(xiàn)代蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，仍然是發(fā)電和船舶推進(jìn)裝置的主要能源。主要用于石油工業(yè)和地?zé)峁S的現(xiàn)代鉆井，使用旋轉(zhuǎn)鉆頭進(jìn)行鉆井，其深度可以超過(guò)38000英尺(12000米)?？梢栽诘厍蛏香@出直徑為5-30英寸(13-76cm)的鉆井。鉆井技術(shù)日新月異。因此，有必要提供一種地?zé)崮茉搭I(lǐng)域的裝置和方法，其能使用當(dāng)今的鉆井技術(shù)，有效地利用地殼中巨大的熱量資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種有效利用無(wú)限的地?zé)崮芰抗?yīng)的新方法。本發(fā)明涉及一種地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其利用可更新的地?zé)豳Y源持續(xù)產(chǎn)生電能。該發(fā)電機(jī)不像現(xiàn)有的地?zé)岚l(fā)電裝置那樣僅限于利用“淺層”的地下熱水庫(kù)。通過(guò)將帶有的繩纜發(fā)電機(jī)降入預(yù)先鉆好的井中，使其達(dá)到指定深度和指定溫度， 地?zé)崮芰烤妥兊每煽?，發(fā)電就變成可行。電能是由位于地下裝置中的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，然后通過(guò)電纜向上傳送到地表。相對(duì)便宜和清潔的電能持續(xù)不斷地從可更新的地?zé)釤嵩串a(chǎn)生，除了家庭和商業(yè)的一般用途外，還可以用于制造氫氣，氫氣可以作為包括自動(dòng)化工業(yè)的許多實(shí)際應(yīng)用中的清潔能源，或者用于為電動(dòng)車(chē)輛的電池充電，并最終替代接近耗盡的、昂貴的、污染嚴(yán)重的石油、煤和其它用于發(fā)電的化石燃料，也可以替代產(chǎn)生有毒廢棄物的核電站。地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)為細(xì)長(zhǎng)圓柱形，其縱向布置，可隨繩纜系統(tǒng)降低到地下深處預(yù)先鉆好的井中。該自給發(fā)電機(jī)包括具有水的鍋爐、透平、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、具有管道系統(tǒng)以將水送回鍋爐的冷凝器、用于將電能向上傳送到地表的電線、冷卻系統(tǒng)，其中冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)獨(dú)立的封閉回路管道系統(tǒng)，其連接于位于地表的熱交換器。地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)同時(shí)具有結(jié)構(gòu)內(nèi)筒和結(jié)構(gòu)外筒。結(jié)構(gòu)內(nèi)筒和結(jié)構(gòu)外筒之間的空間以及位于該空間內(nèi)的多條管道是冷凝器的一部分，冷凝器用于冷卻使用后的蒸汽， 并將使用后的蒸汽轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)并將其作為鍋爐給水送回鍋爐重新加熱。在這種使用地?zé)岚l(fā)電機(jī)的方法中，由于位于地面以下的預(yù)先鉆好的井中的高溫巖石的熱量，鍋爐中的水被轉(zhuǎn)化為高壓、過(guò)熱的蒸汽。該蒸汽被用于發(fā)電，所發(fā)的電通過(guò)電線被向上傳送到地表。冷卻系統(tǒng)是一個(gè)封閉回路管道，其通過(guò)使水在冷凝器的外腔循環(huán)來(lái)冷卻位于結(jié)構(gòu)外筒和結(jié)構(gòu)內(nèi)筒之間的冷凝器，隨后將熱量向上傳送到地表。位于地表的熱量隨后在“雙循環(huán)”發(fā)電裝置中通過(guò)幾個(gè)熱交換器組成的系統(tǒng)進(jìn)行額外發(fā)電。冷凝器的外腔包圍并冷卻透平和發(fā)電機(jī)部分。可選地，位于地表的熱交換器可用于加熱單獨(dú)的建筑物。自給地?zé)岚l(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的封閉回路管道系統(tǒng)，其作為一個(gè)可選系統(tǒng)，可以修改為熱交換器并獨(dú)立運(yùn)行。也就是說(shuō)，其可以使水通過(guò)盤(pán)管循環(huán)(其位于地下， 實(shí)現(xiàn)熱交換器的功能)，代替使水通過(guò)位于外筒和內(nèi)筒之間的冷凝器循環(huán)，然后通過(guò)熱交換器系統(tǒng)在地表交換熱量。這兩種封閉回路系統(tǒng)(地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)和地下的獨(dú)立熱交換器)具有至少一個(gè)水泵，以通過(guò)管線提供液體循環(huán)，并降低封閉回路系統(tǒng)下部的流體靜壓力。位于地震火山帶的許多國(guó)家的許多地區(qū)，從地表向下相對(duì)較短的距離即可到達(dá)高
溫石石ο將自給地?zé)岚l(fā)電機(jī)降低到地下深處的高溫巖石。鍋爐的底部部分可以具有垂直的鋸齒形凹槽(groves)以增加其傳導(dǎo)面，進(jìn)而增加從高溫巖石到鍋爐內(nèi)的水的熱傳導(dǎo)，該熱傳導(dǎo)生成高壓過(guò)熱的蒸汽，用來(lái)驅(qū)動(dòng)透平轉(zhuǎn)動(dòng)。透平的軸是固體軸，并且連接于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的軸，該轉(zhuǎn)子的軸為圓筒形軸， 其在發(fā)電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)并發(fā)電。圓筒形的轉(zhuǎn)子軸允許蒸汽通過(guò)并到達(dá)冷凝器的配送器 (distributor).圓筒形的轉(zhuǎn)子軸同時(shí)可作為次級(jí)透平使用。其內(nèi)壁連接有次級(jí)小葉片，該次級(jí)小葉片的位置能增加轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。使用之后的蒸汽隨后通過(guò)管道系統(tǒng)到達(dá)冷凝器，在冷凝器中蒸汽冷凝并通過(guò)給水水箱作為鍋爐給水回到鍋爐。這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，并由兩套蒸汽控制閥和鍋爐給水泵調(diào)節(jié)，其中蒸汽控制閥和鍋爐給水泵可由壓力或溫度自動(dòng)啟動(dòng)， 或由傳感器和位于地表控制室內(nèi)的電腦電啟動(dòng)。位于透平和發(fā)電機(jī)之間的齒輪箱或轉(zhuǎn)換器的目的，為通過(guò)改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方向抵消旋轉(zhuǎn)的透平產(chǎn)生的扭矩(momentum)。這樣發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與主透平相反。在整個(gè)組件降低到井的底部后，地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的鍋爐通過(guò)單獨(dú)的管道充滿(mǎn)水，以減少下降過(guò)程中整個(gè)組件的重量。相同的管道也用于供應(yīng)、維持、調(diào)節(jié)鍋爐內(nèi)的必要水位。冷凝器包圍和冷卻除了鍋爐之外的透平和電磁發(fā)電機(jī)，其被熱阻絕熱層與外部高溫巖石的熱量隔絕。附加的外圍絕熱層可以為鋁箔。整個(gè)地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)組件可做防銹處理。組件的鍋爐可以注入除了水以外的其它液體，例如沸點(diǎn)低于水的異戊烷，以使設(shè)備在較淺的深度和較低的溫度發(fā)揮作用。
同樣，冷凝器的冷卻劑可以為除了水以外的其它沸點(diǎn)高于水的液體。設(shè)備的頂部可以加設(shè)遞升的變壓器；或者遞升的變壓器可以與組件分離，并用單獨(dú)的繩纜運(yùn)載，以降低組件的重量。若需要，可增加幾臺(tái)變壓器，并設(shè)置于必要的距離(高度)。(變壓器在圖中未示)。在電力被傳送到地表以及向家庭和商業(yè)送電的輸電線路之前，變壓器中的電壓增加。如果需要，在鍋爐內(nèi)有一個(gè)安全檢查閥門(mén)，用于在緊急情況例如控制閥故障時(shí)，釋放蒸汽。組件的每個(gè)部分均有凸出的緊固銷(xiāo)，以便于在下降或提升組件的過(guò)程中，能用單獨(dú)的繩纜吊起部分組件，從而降低主繩纜的拉力。內(nèi)筒和外筒之間有結(jié)構(gòu)骨架，以提高組件在高壓環(huán)境下的結(jié)構(gòu)完整性。在準(zhǔn)備下降的過(guò)程中，所有的部分可以在地面上焊接或者栓接。所有的承重繩纜、供水管道、冷卻劑管道、控制線路和電線都具有合適的長(zhǎng)度，以方便連接和重新連接。鉆井完成之后，長(zhǎng)期性或暫時(shí)性的塔可以建有滑輪系統(tǒng)，以降低或提升組件。地?zé)崮芰康臐摿κ蔷薮蟮?。地球具有無(wú)限的能量供應(yīng)。問(wèn)題在于，直到現(xiàn)在，如何有效利用這種能量。使用本發(fā)明，地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)，人們將能夠利用蘊(yùn)藏于地殼中的巨大能量資源。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供相對(duì)便宜和清潔的電能的方法，該電能由可更新的地?zé)釤嵩床粩嗌伞幌抻凇皽\層”地下熱水庫(kù)。除了家庭和商業(yè)的普通用途，還可以用于制造氫氣，氫氣可以作為包括自動(dòng)化工業(yè)的許多實(shí)際應(yīng)用中的清潔能源，甚至代替接近耗盡的、昂貴的、污染嚴(yán)重的石油、煤和其它用于發(fā)電的化石燃料。也可以代替產(chǎn)生有毒廢棄物的核電站。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其縱向布置，包括具有水的鍋爐、透平、發(fā)電機(jī)、冷凝器，其中冷凝器帶有管道系統(tǒng)，以使鍋爐給水流回鍋爐。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供齒輪箱(轉(zhuǎn)換器)，其位于透平和發(fā)電機(jī)之間，通過(guò)改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方向，使其旋轉(zhuǎn)的方向與主透平的方向相反，以抵消旋轉(zhuǎn)的透平產(chǎn)生的扭矩。本發(fā)明的另一個(gè)目的是冷卻系統(tǒng)為獨(dú)立的封閉回路管道，其具有至少兩個(gè)熱交換器位于井下的第一熱交換器和位于地表的第二熱交換器。第一熱交換器通過(guò)使冷水經(jīng)過(guò)冷凝器的外腔循環(huán)(冷凝器位于外筒和內(nèi)筒之間)，從冷凝器吸收熱量，然后將熱量向上傳送到地表，在地表通過(guò)為盤(pán)管的第二熱交換器進(jìn)行熱量交換，然后冷卻后的水再次回到冷凝器。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是獨(dú)立的封閉回路管道，其具有至少一個(gè)泵以使水經(jīng)過(guò)系統(tǒng)循環(huán)，并降低流體靜壓力。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是可選的、獨(dú)立的封閉回路管道，其至少具有兩個(gè)熱交換器 第一個(gè)熱交換器為位于井下的盤(pán)管，第二個(gè)熱交換器是位于地表的盤(pán)管。第一個(gè)熱交換器通過(guò)使冷水經(jīng)過(guò)熱交換器(盤(pán)管)循環(huán)，從周?chē)母邷貛r石吸收熱量，然后將熱量向上傳輸?shù)降乇?，在地表熱量通過(guò)第二熱交換器(盤(pán)管)進(jìn)行交換。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是獨(dú)立的封閉回路管道具有至少一個(gè)泵，以使水經(jīng)過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)，并降低流體靜壓力(管道內(nèi)的速度和壓力是常量。P(壓力)xv(速度)=常量。 更大的速度=更小的壓力)本發(fā)明進(jìn)一步的目的是兩個(gè)封閉回路系統(tǒng)中的每一個(gè)(地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)和獨(dú)立的地下熱交換器)，均提供細(xì)長(zhǎng)圓柱形的設(shè)計(jì)，其能在單獨(dú)的井中發(fā)揮作用。本發(fā)明的另一個(gè)目的為提供帶有冷卻腔的結(jié)構(gòu)外筒和結(jié)構(gòu)內(nèi)筒，冷凝器位于二者之間，其環(huán)繞并冷卻透平和發(fā)電機(jī)部分。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是結(jié)構(gòu)外筒和結(jié)構(gòu)內(nèi)筒設(shè)置有結(jié)構(gòu)骨架，以提高組件在高壓環(huán)境下的結(jié)構(gòu)完整性。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是所有的承重繩纜、供水管道、冷卻劑管道、控制電線、電線均具有合適的長(zhǎng)度，以能夠方便的連接和重新連接繩纜連接平臺(tái)。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是鍋爐的結(jié)構(gòu)外筒具有外部和內(nèi)部的鋸齒形凹槽，以增加傳導(dǎo)面，增加從水到鍋爐的熱傳導(dǎo)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是可以在整個(gè)組件降低到井的底部以后，通過(guò)單獨(dú)的軟管向地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的鍋爐注水，以降低下降過(guò)程中的整個(gè)組件的重量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的鍋爐內(nèi)的必要水位可以通過(guò)位于地表的控制室提供并調(diào)節(jié)。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是冷凝器包圍并冷卻除了鍋爐的整個(gè)設(shè)備，其被熱阻絕熱層與外部的高溫巖石的熱量隔絕。本發(fā)明的另一個(gè)目的是組件的每個(gè)部分均設(shè)有凸出的緊固銷(xiāo)，其可以被單獨(dú)的次繩纜吊起，以在下降或提升組件的過(guò)程中，減少主繩纜的拉力。本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)將設(shè)備用繩纜降低到預(yù)先鉆好的井中具有指定溫度的指定高度，地?zé)崮芰孔兊每煽?，并能得到相?duì)便宜的電能。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是由位于地下的設(shè)備中的發(fā)電機(jī)發(fā)電，并通過(guò)電線將所發(fā)的電傳送到地表。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是如果地?zé)岚l(fā)電裝置位于多風(fēng)區(qū)域，組裝的塔可以作為風(fēng)力機(jī)平臺(tái)，本發(fā)明進(jìn)一步的目的是這種發(fā)電的方法可以用于可能發(fā)生的地球氣候危機(jī)，例如冰河世紀(jì)中，在使用人造光和熱的溫室中繼續(xù)進(jìn)行的快速農(nóng)業(yè)。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是使用地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法可以用于具備地?zé)釢撃懿⑶胰展獠蛔愕钠渌行?。本發(fā)明的上述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，將隨著結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述更加清楚。


以下借助附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的橫截面示意圖，其顯示有主要部分；
圖2是本發(fā)明中圖3所示的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)沿著線1-1’的橫截面示意圖；圖3是本發(fā)明中圖2所示的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)沿著線3-3’的冷凝器配送器的橫截面示意圖；圖4是本發(fā)明中圖2所示的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)沿著線4-4’的冷凝器和發(fā)電機(jī)的橫截面示意圖；圖5是本發(fā)明中圖2所示的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)沿著線5-5’的放大的橫截面示意圖，其顯示了冷凝器和齒輪箱；圖6是本發(fā)明中圖5沿著線6-6 ’的橫截面示意圖；圖7是本發(fā)明中圖5沿著線7-7 ’的橫截面示意圖；圖8是本發(fā)明中圖5沿著線8-8 ’的橫截面示意圖；圖9是本發(fā)明中圖2沿著線9-9’的冷凝器和透平的橫截面示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的圖2沿著線10-10’的給水水箱和透平的橫截面示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的圖2沿著線11-11’的鍋爐的橫截面示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的橫截面示意圖，其帶有包括位于地表的熱交換器的主要部分；圖13是根據(jù)本發(fā)明的可選的獨(dú)立熱交換系統(tǒng)，其帶有包括封閉回路管道、一個(gè)位于地下深處的熱交換器、一個(gè)位于地表的熱交換器的主要部分；圖14是根據(jù)本發(fā)明的位于地表的雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電裝置的橫截面示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明可選的位于地表的雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電裝置的橫截面示意圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的具有M 口井和控制中心的地?zé)岚l(fā)電裝置的平面示意圖；清楚簡(jiǎn)要起見(jiàn)，只顯示了四分之一發(fā)電裝置(6 口井)的示意圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的圖16中所示地?zé)岚l(fā)電裝置一部分的放大示意圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的圖16和圖17中所示一個(gè)熱交換器箱的平面放大示意圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明的圖18沿著線19-19’的熱交換器箱的放大的橫截面示意圖；圖20顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種用于組裝、降低、提升地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的可選擇的塔的橫截面；圖21顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種用于組裝、降低、提升地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的可選擇的、安裝有風(fēng)力機(jī)的塔的橫截面。
具體實(shí)施例方式參考圖1，地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)為細(xì)長(zhǎng)圓柱形，其縱向布置，可隨繩纜系統(tǒng)降低到地下深處預(yù)先鉆好的井中。圖中所示為本發(fā)明地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)100的橫截面，包括其主要部分。組件100的主要部件有鍋爐120、透平艙130、齒輪箱或者轉(zhuǎn)換器140、發(fā)電機(jī)150、冷凝器/配送器160、繩纜及管道系統(tǒng)170，其中繩纜和管道系統(tǒng)170包括用于將電能向上輸送到地表的電線。參考圖2，其為圖1所示的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)100沿著圖3中線2_2’的放大的橫截面示意圖。組件100的主要部件有鍋爐120、透平艙130、齒輪箱或者轉(zhuǎn)換器140、發(fā)電機(jī)150、冷凝器160、繩纜及管道系統(tǒng)170。其中冷凝器160帶有配送器腔61和外腔68， 外腔68帶有管道組系統(tǒng)62，用于將用完的、冷凝后的蒸汽輸送回鍋爐，作為鍋爐給水。
繩纜及管道系統(tǒng)170包括次承重(caring)繩纜74，主承重繩纜75、控制繩纜76、 鍋爐供水管道121、冷卻系統(tǒng)管道72、中心電線77，其中中心電線77用于將電能向上輸送到地表。鍋爐120包括具有水箱區(qū)域122的下部和具有蒸汽區(qū)域124的上部。組件100具有鉤孔71，能通過(guò)鉤子73和繩纜75連接，或者通過(guò)滑輪和繩纜組成的系統(tǒng)連接，然后降低到地下深處預(yù)先鉆好的井里，到達(dá)一定的深度，使被地下深處的巖漿加熱的巖石煮沸鍋爐 120下部水箱區(qū)域中的水。鍋爐120上部蒸汽區(qū)域IM里的蒸汽同時(shí)也被周?chē)母邷貛r石加熱，生成過(guò)熱的蒸汽。高壓過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽控制閥88進(jìn)入透平艙130，透平艙130具有葉片32，其連接于固體軸34并驅(qū)動(dòng)軸34旋轉(zhuǎn)。透平的固體軸34通過(guò)齒輪箱或者轉(zhuǎn)換器 140連接于發(fā)電機(jī)150的圓筒形軸52。來(lái)自透平艙的蒸汽通過(guò)開(kāi)口 36以及發(fā)電機(jī)150的圓筒形軸52進(jìn)入冷凝器160的配送器腔61。使用過(guò)的蒸汽隨后開(kāi)始冷凝，并且通過(guò)開(kāi)口 63進(jìn)入管道組62，流回到給水箱110中，然后通過(guò)鍋爐給水泵112和鍋爐給水管道114被泵送到鍋爐120中。這里同時(shí)顯示了結(jié)構(gòu)外筒90和結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80。冷凝器160的外腔68位于結(jié)構(gòu)外筒 90和結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80之間的空間。如上文所述，外腔68內(nèi)具有管道組62。外筒和內(nèi)筒之間有結(jié)構(gòu)骨架(rid)85，以在高壓環(huán)境下提高組件的結(jié)構(gòu)完整性。骨架85上具有用于水循環(huán)的孔87 (為了圖示的清楚簡(jiǎn)要，骨架85在圖1和圖2中未示)。冷卻系統(tǒng)是獨(dú)立的封閉管道回路，其包括至少兩個(gè)熱交換器，第一個(gè)在井下，第二個(gè)在地表。第一個(gè)熱交換器通過(guò)使冷水經(jīng)過(guò)冷凝器的外腔循環(huán)，從冷凝器吸收熱量(冷凝器外腔位于外筒和內(nèi)筒之間)，然后將熱量向上輸送到地表，在地表熱量通過(guò)第二熱交換器進(jìn)行交換(第二熱交換器是盤(pán)管)，然后冷卻后的水再次回到冷凝器。冷卻系統(tǒng)包括封閉回路管道72、位于地下深處的第一熱交換器(其為冷凝器160 的外腔68)、位于地表的第二熱交換器(盤(pán)管182)。(圖12顯示了位于地表的盤(pán)管182)。封閉回路管道72通過(guò)冷卻水泵172和174連接于冷凝器160的外腔68。冷卻水泵172通過(guò)管道178向外腔68的底部注入冷卻后的水。水經(jīng)過(guò)冷凝器160的外腔68循環(huán)， 使冷凝器冷卻。自然上升到外腔68上部的熱水，通過(guò)水泵174注入管道72的另一端并且被輸送到地表，在地表熱量通過(guò)盤(pán)管182進(jìn)行交換(盤(pán)管182是熱交換器184的一部分)， 然后使冷卻后的水流回冷凝器160的外腔68。地表的熱量隨后通過(guò)由幾個(gè)熱交換器組成的系統(tǒng)，用于在“雙循環(huán)”發(fā)電裝置進(jìn)行額外發(fā)電。(如圖12-19所示)外腔68為冷凝器160的一部分，其布置的策略為除了冷卻冷凝器160，同時(shí)還環(huán)繞、冷卻并防止透平130、齒輪箱/轉(zhuǎn)換器140、電磁發(fā)電機(jī)150過(guò)熱。封閉回路管道72具有至少一個(gè)整齊(in line)的水泵172 (優(yōu)選為幾個(gè))，以通過(guò)管線提供水循環(huán)，并降低封閉回路系統(tǒng)中較低部分的流體靜壓力。如果必要的話，幾個(gè)封閉回路管道72可以組裝到一起以加速冷卻和熱交換的進(jìn)程。管道內(nèi)的速度和壓力是常量。 P(壓力)XV(速度)=常量。更大的速度=更小的壓力。作為一種替代的解決方案，冷凝器160的外腔68可由附加的獨(dú)立盤(pán)管(熱交換器)以及與圖13所示相似的封閉回路系統(tǒng)供水并冷卻。鍋爐120的外壁可以具有鋸齒形凹槽以增加傳導(dǎo)面，并增加向鍋爐內(nèi)的水傳導(dǎo)的熱量(簡(jiǎn)要起見(jiàn)，圖中未示)。
在地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)100的整個(gè)組件降低到井的底部以后，鍋爐120通過(guò)管道121充滿(mǎn)水，以減少下降過(guò)程中組件的重量。圖中所示為連接到設(shè)備的兩條管道121，一條向鍋爐120中供應(yīng)水，另一條用于在充水過(guò)程中使空氣溢出。管道121的另一個(gè)重要目的是供應(yīng)、保持、調(diào)節(jié)鍋爐120中的必要水位。組件100的所有主要部件鍋爐120、透平艙130、齒輪箱或轉(zhuǎn)換器140、發(fā)電機(jī) 150、冷凝器/配送器160，可以在下降過(guò)程中通過(guò)合并同種類(lèi)的多個(gè)部分，組裝為指定的長(zhǎng)度和體積。該合并過(guò)程可為栓接或焊接。組件每個(gè)部分都有伸出的緊固銷(xiāo)(holding pin)，以便于用單獨(dú)的次繩纜74拉動(dòng)，以降低下降或提升組件過(guò)程中主繩纜75的拉力。冷凝器68位于結(jié)構(gòu)外筒90和結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80之間，包圍和冷卻除了鍋爐 120的整個(gè)設(shè)備，其與高溫巖石之間設(shè)置有熱阻絕熱層92(tick layer of heat resistantinsulation)，以隔絕高溫巖石產(chǎn)生的外部熱量。若需要，鍋爐120具有安全檢查閥門(mén)126以在控制閥門(mén)故障等緊急情況下釋放蒸汽。齒輪箱或者轉(zhuǎn)換器140位于透平130和發(fā)電機(jī)150之間，其目的是通過(guò)改變發(fā)電機(jī)150的轉(zhuǎn)子M的方向，抵消(neutralize)透平33旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩。這樣發(fā)電機(jī)150的轉(zhuǎn)子M的旋轉(zhuǎn)方向與透平33相反。參考圖5-8，透平軸34的上端固接于圓盤(pán)/平臺(tái)35，該圓盤(pán)/平臺(tái)35延伸到齒輪箱140的外筒41，透平軸34的上端與齒輪箱140牢固連接，并與軸承42和齒輪組43組成的系統(tǒng)嚙合。齒輪箱牢固連接到主結(jié)構(gòu)圓筒80。圓盤(pán)/平臺(tái)35具有幾個(gè)開(kāi)口 36，用于使蒸汽溢出透平艙。圓盤(pán)/平臺(tái)35同時(shí)向上伸成漏斗39狀，以使蒸汽集中到發(fā)電機(jī)150的圓筒形軸52。轉(zhuǎn)子M的圓筒形軸52也用作次級(jí)透平。其具有次級(jí)小葉片58，該小葉片58 連接于內(nèi)壁并且位于當(dāng)蒸汽經(jīng)過(guò)時(shí)增加轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的位置。圓盤(pán)/平臺(tái)35通過(guò)齒輪組43與上方的圓盤(pán)/平臺(tái)37嚙合，齒輪組43通過(guò)其軸 /銷(xiāo)44與齒輪箱140的外筒41牢固連接。位于上方的圓盤(pán)/平臺(tái)37也通過(guò)軸承46與漏斗39的上部38嚙合，通過(guò)軸承47與齒輪箱140的外筒41嚙合，并且與發(fā)電機(jī)150的圓筒形軸52固定連接。圓盤(pán)/平臺(tái)35和圓盤(pán)/平臺(tái)37均具有刻槽45，其與齒輪組43嚙合并配合(correspond)。圖3是圖2沿著線3-3’的冷凝器/配送器的橫截面示意圖。圖3顯示了主結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80、結(jié)構(gòu)外筒90、冷凝器/配送器61、冷凝器160的外腔68，其環(huán)繞冷凝器/配送器61。 這里同時(shí)顯示了管道組62，其在外腔68內(nèi)環(huán)形排布。用完的蒸汽經(jīng)過(guò)開(kāi)口 63，開(kāi)口 63通向管道組62，管道組62將冷凝后的水送回鍋爐120。這里同時(shí)顯示了將發(fā)電機(jī)150與冷凝器160分開(kāi)的固體圓盤(pán)/平臺(tái)94。圓筒形軸52的上端通過(guò)軸承96與圓盤(pán)/平臺(tái)94牢固連接并嚙合。這里同時(shí)顯示了管道178，其在外腔68的底部供給冷卻后的水。這里同時(shí)顯示了鍋爐給水管道121，其用于當(dāng)組件下降到井里以后，將鍋爐充滿(mǎn)水。這里同時(shí)顯示了位于外筒和內(nèi)筒之間的結(jié)構(gòu)骨架85，其用于在高壓環(huán)境下提高組件的結(jié)構(gòu)完整性。這里同時(shí)顯示了凸出的緊固銷(xiāo)66，其用于在降低或提升組件的過(guò)程中，用次繩纜74吊住組件的每個(gè)部分，以降低主繩纜75的拉力。這里同時(shí)顯示了電線77，其將發(fā)電機(jī)150發(fā)的電向上輸送到地表，并進(jìn)一步輸送到輸電線路。這里同時(shí)顯示了熱阻絕熱層92，其包圍除了鍋爐120的整個(gè)組件。圖4是圖2沿著線4-4’的發(fā)電機(jī)150的橫截面示意圖。圖4同時(shí)顯示了主結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80、結(jié)構(gòu)外筒90、冷凝器160的外腔68 (管道組62在外腔68內(nèi)環(huán)形排布)。這里同時(shí)顯示了圓筒形軸52、固定在軸52上的發(fā)電機(jī)150的轉(zhuǎn)子54、固定在主結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80上的發(fā)電機(jī)150的定子56。這里同時(shí)顯示了用于吊起每個(gè)部分的凸出的緊固銷(xiāo)66，但是相對(duì)于臨近的部分偏移，以使次繩纜74能環(huán)繞組件的周?chē)挪?。這里同時(shí)顯示了具有穿孔87的結(jié)構(gòu)骨架85、電線77、鍋爐給水管道121、管道178、絕熱層92。圖9是圖2沿著線9-9’的冷凝器和透平的橫截面示意圖。圖9同時(shí)顯示了主結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80、結(jié)構(gòu)外筒90、冷凝器160的外腔68 (管道組62在外腔68內(nèi)環(huán)形排布)。同時(shí)顯示了帶有穿孔87的結(jié)構(gòu)骨架85。這里同時(shí)顯示了帶有葉片32的固體透平軸34、鍋爐給水管道121、管道178、絕熱層92。這里同時(shí)顯示了用于吊起每個(gè)部分的凸出的緊固銷(xiāo)66，但是相對(duì)于臨近的部分偏移。圖10是圖2中的給水水箱和透平沿著線10-10’的橫截面示意圖。圖10同時(shí)顯示了主結(jié)構(gòu)內(nèi)筒80和結(jié)構(gòu)外筒90，在這個(gè)位置，設(shè)置有給水水箱110。這里同時(shí)顯示了鍋爐給水泵112，其位于給水水箱110內(nèi)，并向鍋爐120里注水。這里同時(shí)顯示了蒸汽控制閥 88，其控制蒸汽流進(jìn)入透平33。這里同時(shí)顯示了水泵116，其位于透平艙130底部的圓盤(pán)/ 平臺(tái)82上。水泵116的目的是如果超量的水聚集到透平艙130的底部，則將該超量的水去除，并且將其從管道117中噴到給水水箱110中(清楚簡(jiǎn)要起見(jiàn)，圖2中未示水泵116)。這里同時(shí)顯示了水泵/閥125和管道121，其供應(yīng)、維持并調(diào)節(jié)鍋爐120中的必要水位。這里同時(shí)顯示了透平33的固體軸34，及其軸承84和96，軸34位于軸承84和96上并與圓盤(pán)/ 平臺(tái)82牢固連接。這里同時(shí)顯示了絕熱層92。圖11是圖2中的鍋爐沿著線11-11’的橫截面示意圖。這里顯示了鍋爐120的外壁/筒128。這里同時(shí)顯示了前述利用次繩纜吊起組件的每個(gè)部分的凸起的緊固銷(xiāo)。這里的緊固銷(xiāo)66顯示為桿65的延伸。桿65上具有孔118，用于將給水管道114導(dǎo)入鍋爐120 的下部122。這里同時(shí)顯示了安全釋放閥1 和加固板129。圖12是地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的橫截面示意圖，其帶有包括位于地表的熱交換器的主要部分。圖12顯示了鍋爐120、透平130、齒輪箱140、發(fā)電機(jī)150、冷凝器160。這里同時(shí)顯示了冷凝器160的外腔68，其通過(guò)分布于其內(nèi)的冷卻管道組62實(shí)現(xiàn)熱交換器的功能 (清楚簡(jiǎn)要起見(jiàn)，這里未顯示管道組62)。這里同時(shí)顯示了盤(pán)管182，其在位于地表的熱交換器184內(nèi)交換熱量，熱交換器184是雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電裝置180的一部分，雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電裝置180將在附圖14中詳細(xì)介紹。冷凝器160的外腔68 (其在組合的下部實(shí)現(xiàn)熱交換器的功能)與盤(pán)管182(其在地表的熱交換器184中交換熱量)通過(guò)封閉回路管道72 (其暴曬于陽(yáng)光中，以避免在傳輸中丟失熱量)連接。這里同時(shí)顯示了幾個(gè)水泵172和174，其使水通過(guò)封閉回路系統(tǒng)循環(huán)。這里同時(shí)顯示了繩纜連接平臺(tái)176，其連接了部分管道和繩纜。 這里同時(shí)顯示了主繩纜75和絕熱層92。
圖13是可選的、獨(dú)立的熱交換系統(tǒng)的橫截面示意圖。其主要部件包括封閉回路管道、位于地下深處的第一熱交換器、位于地表的第二熱交換器。圖13顯示的是圖12所顯示的冷卻系統(tǒng)的相同部件，即，位于地下深處的第一熱交換器、位于地表的第二熱交換器、 帶有幾個(gè)水泵的封閉回路管道，其中水泵使水經(jīng)過(guò)封閉回路系統(tǒng)循環(huán)。在本實(shí)施方式中，代替作為熱交換器的外腔68，而使用盤(pán)管168作為熱交換器。熱交換器168包括狹管189、盤(pán)管188、構(gòu)造管187和平臺(tái)186。為設(shè)備提供動(dòng)力的構(gòu)造管187 與平臺(tái)186連接。構(gòu)造管187的底部有一個(gè)開(kāi)口，用于狹管189伸出；構(gòu)造管187的頂部有一個(gè)開(kāi)口，用于狹管189伸入。如果需要，構(gòu)造管187可以有更多穿孔，以減少其自身重量并為狹管189提供更多熱量。這里同時(shí)顯示了構(gòu)造管187的基座185，其支撐了整個(gè)組件。在地下作為熱交換器的盤(pán)管168和在地表作為熱交換器的盤(pán)管182均與封閉回路管道72相連。這里同時(shí)顯示了幾個(gè)水泵172和174，其使水通過(guò)封閉回路系統(tǒng)循環(huán)。來(lái)自井內(nèi)深處高溫巖石的熱量通過(guò)熱交換器168被吸收，并且隨著管道72 (house)向上運(yùn)送到地表的熱交換器184，在這里熱量被轉(zhuǎn)換進(jìn)第二液體，例如沸點(diǎn)低于水的異戊烷。熱交換器 184是雙循環(huán)地?zé)峁S180的一部分，雙循環(huán)地?zé)峁S180將在圖14中詳細(xì)介紹。這里同時(shí)顯示了繩纜連接平臺(tái)176，其連接了繩纜75和管道72的一部分。圖13所示的熱交換系統(tǒng)，是地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的可選的冷卻系統(tǒng)，其也可以作為可選的、獨(dú)立的熱交換系統(tǒng)，其將成為所謂的“熱干巖石技術(shù)”實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的實(shí)質(zhì)改進(jìn)。最簡(jiǎn)單的“熱干巖石技術(shù)”電力工廠包括一口注射井和兩口生產(chǎn)井。科學(xué)家們正在嘗試向下鉆一口注射井到巖石，并且沿著注射井、在壓力下，注射他們?cè)诘乇戆l(fā)現(xiàn)的任何水源，希望這些水能穿過(guò)位于花崗巖中、作為地下熱交換器、形狀不一的裂縫，以形成地下儲(chǔ)積層，然后試圖在周?chē)@一些生產(chǎn)井，試著重新獲得這些水和蒸汽，并將其泵送到地表， 在常規(guī)或“雙循環(huán)”的能源工廠中使用。雙循環(huán)裝置使用低溫但是更普遍的熱水資源(華氏100-300度)。熱水流經(jīng)熱交換器，該熱交換器與具有低沸點(diǎn)(通常是烴例如異丁烷或者異戊烷)的第二流體(所以稱(chēng) “雙循環(huán)裝置”)連接。第二流體蒸發(fā)以后，驅(qū)動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)，而透平驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。留下的第二流體通過(guò)熱交換器回收。地?zé)崃黧w冷凝后回到儲(chǔ)積層。當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)“熱干巖石技術(shù)”是否能如期望般起作用，并且克服以下幾個(gè)特殊的挑戰(zhàn)，還有待觀察1、在沒(méi)有自然水積累的地區(qū)，需要大量水以形成位于地下深處的、人工的地下熱水庫(kù)。2、會(huì)不會(huì)有大量的水丟失、被吸收進(jìn)位于不同方向的巖石中。3、如果有的話， 多少水能穿過(guò)高溫巖石中形狀不一的縫隙到達(dá)生產(chǎn)井。4、如果有的話，多少水能重新獲得并泵送到地表，在常規(guī)或“雙循環(huán)”型發(fā)電工廠中使用。5、同樣，在穿過(guò)生產(chǎn)井將水向上泵送到地表的過(guò)程中，水將會(huì)經(jīng)過(guò)逐漸降溫的巖石層和完全經(jīng)過(guò)低溫的巖石層；在水上行的過(guò)程中，會(huì)有多少熱量和水丟失、被吸收進(jìn)巖石中。圖13所示的熱交換系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，其全程使用相同量的水，因?yàn)槠涫钦嬲姆忾]回路系統(tǒng)，不但位于地表的第二(binary)部分是，而且位于地下的部分也是。其不負(fù)責(zé)用分離器從地?zé)崃黧w中去除二氧化硅和礦物質(zhì)。因?yàn)樗?jīng)過(guò)盤(pán)管和管道循環(huán)，所以不會(huì)在高溫巖石的縫隙中流失水。因?yàn)楣艿朗墙^緣的，所以上行過(guò)程中的熱量損失有限。不需要鉆幾口井(注射井和幾口生產(chǎn)井)以發(fā)揮作用，每臺(tái)設(shè)備只使用一口井。
圖14是雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電裝置180的橫截面示意圖。其顯示的是熱交換器184、 透平230、冷凝器沈0、發(fā)電機(jī)250。來(lái)自地下深處的熱水經(jīng)過(guò)封閉回路管道72進(jìn)入熱交換器184內(nèi)的盤(pán)管182，在熱交換器184中熱量被轉(zhuǎn)換進(jìn)第二液體，例如沸點(diǎn)低于水的異戊烷。 當(dāng)受到加熱，該第二液體瞬間進(jìn)入蒸汽狀態(tài)，如同蒸汽，向四周擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)蒸汽管道222和控制閥觀8，然后驅(qū)動(dòng)透平230旋轉(zhuǎn)。用完的蒸汽在冷凝器沈0中被冷凝為液體，并通過(guò)給水管道214和鍋爐給水泵212被泵送回鍋爐220。在這個(gè)封閉回路循環(huán)中，蒸汽反復(fù)利用并且沒(méi)有排放到空氣中的排放物。透平230的軸與發(fā)電機(jī)250的軸相連，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)250的軸旋轉(zhuǎn)并發(fā)電，發(fā)電機(jī)發(fā)的電隨后通過(guò)電線277到達(dá)變壓器和輸電網(wǎng)絡(luò)到達(dá)用戶(hù)。(變壓器和輸電網(wǎng)絡(luò)未示)圖15是地?zé)岚l(fā)電裝置190(不是雙循環(huán)發(fā)電裝置)的橫截面示意圖，作為當(dāng)來(lái)自管道72的水未達(dá)到產(chǎn)生蒸汽的溫度時(shí)的替代解決方案(其可能適用于圖13中所示的替代的、獨(dú)立的熱交換系統(tǒng))。這里顯示的是鍋爐220、透平230、冷凝器260及發(fā)電機(jī)250。來(lái)自地下深處的熱水經(jīng)過(guò)封閉回路管道72到達(dá)鍋爐220，在鍋爐220里蒸發(fā)。隨后蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽管道222和控制閥觀8，驅(qū)動(dòng)透平230旋轉(zhuǎn)。用完的蒸汽在冷凝器沈0中被冷凝為液體，并被泵送回封閉回路管道72，該管道72通向前述的井。這里同時(shí)顯示了給水管道214 和水泵212，其均為封閉回路系統(tǒng)的一部分。這里同時(shí)顯示了透平230的軸，其與發(fā)電機(jī)250 的軸相連，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)250的軸旋轉(zhuǎn)并發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)的電隨后通過(guò)電線277到達(dá)變壓器和輸電網(wǎng)絡(luò)到達(dá)用戶(hù)。(變壓器和輸電網(wǎng)絡(luò)未示)圖16和圖17所示的是根據(jù)本發(fā)明地?zé)岚l(fā)電裝置300的平面圖，其具有M 口井和控制中心200。清楚和簡(jiǎn)要起見(jiàn)，這里顯示的是工廠四分之一的示意圖，6 口井19-24，三個(gè)雙循環(huán)發(fā)電設(shè)備132、142、152。發(fā)電裝置的其它四分之三和所顯示的四分之一是一樣的。如前所述，地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)100的冷卻系統(tǒng)，是一個(gè)封閉回路管道系統(tǒng)，其通過(guò)使水循環(huán)經(jīng)過(guò)冷凝器160的外腔68來(lái)使冷凝器冷卻，冷凝器160位于外筒90和內(nèi)筒 80之間，然后將熱量向上轉(zhuǎn)移到地表。位于地表的熱量隨后經(jīng)過(guò)幾個(gè)熱交換器系統(tǒng)，用于在 “雙循環(huán)”發(fā)電裝置中進(jìn)行額外發(fā)電，然后作為冷卻水返回到冷凝器160的相關(guān)外腔68。這里顯示的是“雙循環(huán)”發(fā)電單元132、142、152，其連接位于井19_24內(nèi)的六臺(tái)地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)。三個(gè)雙循環(huán)發(fā)電單元包括鍋爐133、143、153，透平134、144、154，發(fā)電機(jī)135、 145,155ο雙循環(huán)發(fā)電單元132的鍋爐133具有六個(gè)熱交換盤(pán)管319、320、321、322、323和 324，其連接于地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的冷凝器160，和封閉回路系統(tǒng)管道的一端一起位于井 19、20、21、22、23、24 內(nèi)。在封閉回路系統(tǒng)管道的其它端到達(dá)位于井19、20、21、22、23、24內(nèi)的地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的冷凝器160并且完成封閉回路循環(huán)之前，其也經(jīng)過(guò)雙循環(huán)發(fā)電單元142和152 的鍋爐143和153。其目的在于進(jìn)行熱交換并在地表的雙循環(huán)發(fā)電單元中盡可能多地使用所交換的熱量，并將冷卻后的水送回冷凝器160。為清楚和簡(jiǎn)要起見(jiàn)，輻射管未示出，并且經(jīng)過(guò)管道的流動(dòng)方向用箭頭標(biāo)志標(biāo)出。雙循環(huán)發(fā)電單元142的鍋爐143也具有六個(gè)熱交換盤(pán)管419、420、421、422、423和 424。
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雙循環(huán)發(fā)電單元152的鍋爐143也具有六個(gè)熱交換盤(pán)管519、520、521、522、523和 524。雙循環(huán)發(fā)電單元132的鍋爐133產(chǎn)生的蒸汽溫度最高，因?yàn)槠錇闊峤粨Q的第一站， 熱量通過(guò)熱交換盤(pán)管319、320、321、322、323和3M進(jìn)行熱交換。雙循環(huán)發(fā)電單元142的鍋爐143是第二站，在這里熱量通過(guò)盤(pán)管419、420、421、 422,423和似4進(jìn)行熱交換，并且蒸汽的溫度低于鍋爐133。雙循環(huán)發(fā)電單元152的鍋爐153是第三站，在這里熱量通過(guò)盤(pán)管519、520、521、 522,523和5M進(jìn)行交換，并且蒸汽的溫度低于鍋爐143。雙循環(huán)發(fā)電單元132、142、152設(shè)計(jì)為在不同的蒸汽溫度和壓力下運(yùn)行。作為一種替代的解決方案，來(lái)自鍋爐133、143、153的蒸汽，其涉及不同的溫度和壓力，可以集中到一個(gè)單獨(dú)的雙循環(huán)發(fā)電單元，該單獨(dú)的雙循環(huán)發(fā)電單元具有單獨(dú)的透平和發(fā)電機(jī)。作為一種替代的解決方案，在水離開(kāi)雙循環(huán)發(fā)電單元152的盤(pán)管519、520、521、 522,523和5M后，如果水依然是高溫，如果可行的話，可用流動(dòng)的水來(lái)冷卻管道72，或者用來(lái)加熱建筑物。圖17是圖16中所示的地?zé)岚l(fā)電工廠300的一部分的放大示意圖。圖18是圖16、17所示的雙循環(huán)發(fā)電單元132的鍋爐133放大的平面示意圖。這里所示的是熱交換盤(pán)管319、320、321、322、323、3M和主蒸汽管道222。圖19是圖18所示的雙循環(huán)發(fā)電單元132的鍋爐133沿著線19_19’的放大的橫截面示意圖。這里同時(shí)顯示了熱交換盤(pán)管322、323、324，通過(guò)該熱交換盤(pán)管322、323、3M熱量被轉(zhuǎn)移進(jìn)第二液體，例如沸點(diǎn)低于水的異戊烷。當(dāng)受到加熱，該第二液體瞬間進(jìn)入蒸汽狀態(tài)，其類(lèi)似蒸汽，向四周擴(kuò)散(expand across)，經(jīng)過(guò)蒸汽管道222 (該過(guò)程在前面圖13、14 所示的雙循環(huán)發(fā)電裝置中已介紹)。這里同時(shí)顯示了給水管道214，用完的蒸汽通過(guò)該給水管道214返回鍋爐133重新加熱。圖20顯示了用于裝配、降低或提升地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)100的可選的塔240的橫截面示意圖。這里顯示的是塔240的結(jié)構(gòu)框架M9。這里同時(shí)顯示了井19、井的內(nèi)襯對(duì)7、 基礎(chǔ)平臺(tái)M8、用于主繩纜74和次繩纜75的滑輪(ratchet) 242及246系統(tǒng)(繩纜未示)。圖21顯示了用于裝配、降低或提升地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)100的可選的塔241的橫截面示意圖，其上帶有風(fēng)力機(jī)M5。當(dāng)?shù)責(zé)岚l(fā)電工廠位于多風(fēng)區(qū)域時(shí)，該風(fēng)力機(jī)245可以作為額外的能量來(lái)源。塔241與圖20所示的塔240類(lèi)似，其具有附加的擴(kuò)展部件235。這里同時(shí)顯示了結(jié)構(gòu)框架M9、井19、井的內(nèi)襯M7、基礎(chǔ)平臺(tái)M8、用于主繩纜75和次繩纜74 的滑輪242和246系統(tǒng)(繩纜未示)。這里同時(shí)顯示了常規(guī)發(fā)電機(jī)，其具有齒輪箱244和葉片對(duì)3。這種附加設(shè)置的目的是將組裝的塔同時(shí)作為一個(gè)風(fēng)力機(jī)平臺(tái)?？梢岳斫馑?41可以是長(zhǎng)期的，也可以是暫時(shí)的。本發(fā)明介紹了一種如何使用無(wú)限的地?zé)崮茉吹姆椒?，這種方法迄今尚無(wú)人使用。 本發(fā)明介紹了如何使用我們星球內(nèi)部的熱量，在地下深處發(fā)電并通過(guò)電線將發(fā)的電傳送到地表。本發(fā)明介紹了地下自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)，介紹了其基本部件，基本部件的形狀、結(jié)構(gòu)、相互之間的配合、作用。在本介紹中，透平、發(fā)電機(jī)、泵、控制閥、安全釋放閥未詳細(xì)介紹，但是有許多用于發(fā)電裝置、蒸汽機(jī)、海事工廠及類(lèi)似環(huán)境的可靠的、阻熱的、自動(dòng)的、快速反應(yīng)的泵、控制閥、 透平、發(fā)電機(jī)，這些部件可能適用于本發(fā)明的實(shí)施方式中。此外，根據(jù)本發(fā)明的特殊實(shí)施方式，間隔的長(zhǎng)度不限于本發(fā)明公開(kāi)的附圖中描繪的特定尺寸，而是可以為任意需要的長(zhǎng)度。本發(fā)明的部件的尺寸，例如直徑，限于當(dāng)今的鉆井技術(shù)，井的直徑以及組件的實(shí)際重量。此外，本發(fā)明的特殊實(shí)施方式可以使用繩纜、鎖鏈或其它合適的裝置以將地?zé)岚l(fā)電機(jī)降低到預(yù)先鉆好的井中。這里披露了具體實(shí)施方式
和實(shí)施例，以最好地解釋本發(fā)明及其具體應(yīng)用，并使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，前面的詳細(xì)描述和介紹實(shí)施例的目的，僅僅是為了清楚披露本發(fā)明。該描述不是為了窮舉本發(fā)明或限制本發(fā)明于公開(kāi)的內(nèi)容。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以根據(jù)上述教導(dǎo)做出許多修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種利用自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的方法，其包括將地?zé)岚l(fā)電機(jī)從地表向下降低到指定的深度，在所述指定的深度處周?chē)母邷貛r石具有指定的溫度；利用容納于所述自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)內(nèi)的水形成蒸汽；利用所述的蒸汽形成電能；將所發(fā)的電能從所述指定的深度傳輸?shù)降乇怼?br> 2.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括使所述蒸汽從所述自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的鍋爐艙流動(dòng)到所述自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的透平艙。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括使所述蒸汽從所述透平艙經(jīng)轉(zhuǎn)換器和發(fā)電機(jī)而到達(dá)冷凝器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括使所述蒸汽冷凝，并使冷凝后的蒸汽從冷凝器流動(dòng)到所述鍋爐艙。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，使冷凝后的蒸汽流動(dòng)的步驟進(jìn)一步包括使冷凝后的蒸汽經(jīng)過(guò)管道組，該管道組在所述自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)里構(gòu)成封閉回路。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述管道組位于所述冷凝器內(nèi)，所述冷凝器位于內(nèi)筒和外筒之間的空間內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其進(jìn)一步包括使冷卻的水循環(huán)到所述內(nèi)筒和外筒之間的空間，以冷卻所述自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的冷凝器。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，水的循環(huán)是響應(yīng)于水泵的啟動(dòng)而發(fā)生的。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括除鍋爐外使所述自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)的所有部件隔熱。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，傳輸電能的步驟進(jìn)一步包括將電線連接到所述自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其中，所述的電線從指定的深度延伸到地表。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成電能的步驟進(jìn)一步包括使用所述蒸汽驅(qū)動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括通過(guò)使用所述地?zé)岚l(fā)電機(jī)的封閉回路管道在地表進(jìn)行換熱。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括傳送熱量，以供外部使用。
14.一種地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其包括 容納水的鍋爐；透平艙，其具有至少一個(gè)帶有透平軸的透平； 發(fā)電機(jī)；冷凝器，其具有配送器腔和外腔，其中，一組管道容納于所述外腔之內(nèi)，并連接到所述配送器腔； 電線；其中，所述的鍋爐能用水產(chǎn)生高壓過(guò)熱的蒸汽，所述蒸汽經(jīng)過(guò)閥門(mén)進(jìn)入所述透平艙； 所述至少一個(gè)透平響應(yīng)蒸汽流經(jīng)所述透平艙而旋轉(zhuǎn)； 所述發(fā)電機(jī)響應(yīng)所述至少一個(gè)透平的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)行； 所述電線響應(yīng)所述發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，而傳送電能；所述蒸汽經(jīng)過(guò)所述冷凝器的配送器腔，當(dāng)所述蒸汽經(jīng)過(guò)位于所述外腔內(nèi)的管道組時(shí)， 所述配送器腔適于將所述蒸汽冷凝為水、并凝結(jié)于所述鍋爐內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步包括絕熱層，所述絕熱層包圍所述地?zé)岚l(fā)電機(jī)除鍋爐外的所有部件。
16.如權(quán)利要求14所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步包括齒輪箱，所述齒輪箱機(jī)械連接于所述透平的透平軸和所述發(fā)電機(jī)之間，其中，所述齒輪箱使所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與所述透平的旋轉(zhuǎn)方向相反，以使所述透平的扭矩被所述發(fā)電機(jī)的扭矩抵消。
17.如權(quán)利要求14所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步包括位于所述地?zé)岚l(fā)電機(jī)每個(gè)部分的多個(gè)緊固銷(xiāo)，所述多個(gè)緊固銷(xiāo)連接到多條單獨(dú)的次繩纜，其中，在降低或提升地?zé)岚l(fā)電機(jī)的過(guò)程中，所述多條次繩纜能降低主繩纜的拉力。
18.如權(quán)利要求14所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步包括第一管道和第二管道，所述第一管道使水流進(jìn)鍋爐，所述第二管道使空氣流出鍋爐，所述鍋爐內(nèi)的水位能響應(yīng)于經(jīng)第一管道流進(jìn)鍋爐的水和經(jīng)第二管道流出鍋爐的空氣而被調(diào)節(jié)；其中，所述鍋爐能在降到井內(nèi)后充滿(mǎn)水。
19.如權(quán)利要求14所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步包括連接于配送器腔和外腔之間的結(jié)構(gòu)骨架，以提高所述地?zé)岚l(fā)電機(jī)在高壓環(huán)境下的結(jié)構(gòu)完整性。
20.如權(quán)利要求14所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步包括風(fēng)力機(jī)，其機(jī)械連接于系統(tǒng)，以提供額外的產(chǎn)生能量的方法。
21.一種地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其包括封閉回路管道，該封閉回路管道包括在所述地?zé)岚l(fā)電機(jī)內(nèi)、位于地下的熱交換器以及位于地表的熱交換器；水泵，其使水經(jīng)過(guò)所述封閉回路管道流動(dòng)。
22.如權(quán)利要求21所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其中，位于地下的熱交換器為盤(pán)管。
23.如權(quán)利要求21所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其中，位于地表的熱交換器為盤(pán)管。
24.如權(quán)利要求21所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其進(jìn)一步包括在所述位于地表的熱交換器內(nèi)的第二液體，該第二液體的沸點(diǎn)低于水。
25.如權(quán)利要求M所述的地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其中，所述的發(fā)電機(jī)適于連接到雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電裝置。
26.一種地?zé)岚l(fā)電裝置，其包括多臺(tái)地?zé)岚l(fā)電機(jī)，每臺(tái)地?zé)岚l(fā)電機(jī)可移動(dòng)地容納于一口井內(nèi)；多個(gè)雙循環(huán)發(fā)電單元，其連接于所述多臺(tái)地?zé)岚l(fā)電機(jī)，每個(gè)雙循環(huán)發(fā)電單元對(duì)應(yīng)于幾臺(tái)地?zé)岚l(fā)電機(jī)；其中，每個(gè)雙循環(huán)發(fā)電單元包括具有多個(gè)熱交換器的鍋爐；透平；冷凝器；和發(fā)電機(jī)。
27.如權(quán)利要求沈所述的發(fā)電裝置，其中，所述多個(gè)熱交換器連接于多個(gè)地?zé)岚l(fā)電機(jī)的冷凝器，所述多個(gè)熱交換器適于進(jìn)行換熱并將冷卻后的水送回冷凝器。
28.如權(quán)利要求27所述的發(fā)電裝置，其中，所述多個(gè)透平響應(yīng)于所述多個(gè)熱交換器所交換的熱量而旋轉(zhuǎn)。
29.如權(quán)利要求觀所述的發(fā)電裝置，其中，所述多個(gè)發(fā)電機(jī)響應(yīng)于所述多個(gè)透平的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自給式地?zé)岚l(fā)電機(jī)，其包括鍋爐、透平艙、發(fā)電機(jī)、冷凝器、電線。冷凝器包括配送器腔、外腔、位于腔之間的管道組。冷凝器的外腔包圍并冷卻透平、發(fā)電機(jī)和冷凝器部分的選擇器。冷凝器冷卻并將使用后的蒸汽轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)，并將其送回鍋爐重新加熱。在使用這種地?zé)岚l(fā)電機(jī)的方法中，地下預(yù)先鉆好的井中所容納的高溫巖石，將鍋爐的水被轉(zhuǎn)化為高壓、過(guò)熱的蒸汽。蒸汽用于發(fā)電，該電力通過(guò)電線輸送到地表?！半p循環(huán)”發(fā)電裝置可通過(guò)多個(gè)熱交換器組成的系統(tǒng)使用多臺(tái)地?zé)岚l(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)F24J3/08GK102203522SQ200980141933
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者尼古拉·萊克 申請(qǐng)人:尼古拉·萊克