[发明专利]一种煤田火区胶囊式热能提取装置和方法

说明书

本发明公开了一种煤田火区胶囊式热能提取装置和方法，属于热电转换设备技术领域，解决了现有技术中火区热能利用率低、热电转换效率较低、工程量大、难以回收重复利用等问题。本发明装置包括温差发电装置、传热装置和冷却装置；温差发电装置组成空心柱状结构，冷端(81)在柱状结构内侧，热端(82)在柱状结构外侧；传热装置用于提高热端(82)的温度，传热装置包括高导热胶囊(11)和中温热管(9)；冷却装置用于降低冷端(81)的温度，冷却装置包括高导热胶囊式热管(5)和散热翅片(2)。本发明装置及方法适用于煤田火灾区的热能提取。

技术领域

本发明属于热电转换设备技术领域，特别涉及一种煤田火区胶囊式热能提取装置和方法。

背景技术

煤田火灾是世界采煤国家所共同面临的灾害之一。煤田火区不仅烧毁大量煤炭资源和呆滞大量煤炭资源不能开采，而且还产生了大量CO、 CO₂、SO₂等有毒有害气体和汞、硒等污染土壤和水资源的有害化学物质，对西部脆弱生态环境造成严重的破坏。

煤田火区燃烧体积大、温度高，火区中蕴藏着巨大的热量。据统计，全世界每年约有10亿吨煤炭被地下煤火烧毁，产生约1000GW的能量，相当于全球500个核电站所产能量总和的2.5倍，超过水利发电所产能量近100GW。若将煤田火区的热提取和治理相结合，即通过对火区热量的提取与利用来达到火区“绿色”治理的目的，可实现火灾治理、能源利用以及环境保护有机统一。

为提取煤田火区热能并将其转换为电能加以利用，公开号为 CN106026778A的专利文件公开了一种煤田火区热能可持续利用与煤火治理系统及方法，包括：在煤田火区埋设水平钢管并通以热载体将火区热能提取至地面，然后再通过温差发电单元转换热载体所含热能。该系统和方法是先将火区热量提取到火区外，然后再对提取的热量进行热电转换。无法实现直接在火区内部将火区的热量进行热电转换，由于该系统中火区热能到达温差发电单元进行发电需经过煤岩与钢管的传热、钢管管壁与热载体的导热、热载体的对流换热、热载体与温差发电单元的传热等过程，所涉及的传热过程繁多，大大增加了热量损失，尤其是热载体与钢管管壁的导热以及热载体在管路的流动换热过程将导致所提取热能较大程度上的散失和损耗，导致火区热能利用率低。同时水平钻孔需完成钻导向孔-扩孔-拖拉铺设管材等过程，且施工过程均在高温地层中进行，难度大，工程量大，而且管路难以回收重复利用，使用成本高，对煤田火区热能发电适用性较低。

当前在煤田火区的治理过程中已经形成了一整套广泛实用的治理体系，即采用竖直钻孔开展注浆、注水等灭火工作，若利用火区现有的灭火钻孔并在其中进行直接热电转换可极大地降低成本、减小热损失量，提高火区热能的发电效率，但采用竖直钻孔发电面临以下难题：1、煤田火区多处于偏远的野外地区，供水供电困难，传统发电技术利用大量水在钻孔内循环采热并将含热水体运输至地表，再通过地表设置的热电转换站发电，该发电模式将面临水资源短缺和设备电力供应难的问题；2、灭火钻孔内空间小，发电装置需满足小空间高效发电的需求，当前尚未有相关的装置和方法可实现在灭火钻孔空间内高效率直接发电。3、传统的热电转换效率较低，无法最大限度进行火区热能的利用以及火区的灭火工作。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种煤田火区胶囊式热能提取装置和方法，用以解决现有技术中火区热能利用率低、热电转换效率较低、工程量大、难以回收重复利用等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种煤田火区胶囊式热能提取装置，包括温差发电装置、传热装置和冷却装置；

温差发电装置包括冷端和热端，温差发电装置组成空心柱状结构，冷端在柱状结构内侧，热端在柱状结构外侧，所述柱状结构为四棱柱；