CN104374121A - 一种提取地热能的大口径钢制套管换热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提取地热能的大口径钢制套管换热装置，属于节能减排中暖通空调技术领域，该装置主要包括：底部封闭的钢套管构成地源换热井体、PE内管、过滤装置、杂质沉淀槽、隔热板、水循环分流器；其连接关系为：钢套管插入地下，地源热泵热源侧回水与钢套管上端口相连通，PE内管置于钢套管内；过滤装置固定在PE内管的最下端内部；杂质沉淀槽位于钢套管井体的最下端；隔热板包覆于PE内管外；水循环分流器安装于井体的进水口处并接在PE内管外上。本装置可有效解决土壤源热泵系统占地面积大的问题，使单口地源井的换热量大幅提升。

Description

一种提取地热能的大口径钢制套管换热装置
技术领域
本发明属于节能减排中暖通空调技术领域，主要用于地源热泵空调系统的换热源，是一种高效提取土壤能量装置。 
背景技术
地源热泵空调系统是暖通空调行业的一项新技术，属于国家鼓励应用的节能环保技术，其能量采集系统主要为地下水源、土壤源等。地下水源虽然换热能力较强，节能效果显著，但是水源井回灌是一技术难题，很难做到100％的回灌，从而造成水资源的严重浪费，一些城市已经开始限制使用。土壤源热泵是利用土壤常年恒温这一特性，通过地埋管中的介质与土壤进行换热，虽然土壤源热泵系统不需要抽取地下水，但是地埋管换热能力较低，提取相同的能量需要很大的占地空间，然而随着城市化发展，土地资源有限，因此很大程度上制约着土壤源热泵的发展。 
发明内容
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提供一种提取地热能的大口径钢制套管换热装置，该装置不用开采地下水，使单口地源井的换热量大幅提升。从而能有效解决土壤源热泵系统占地面积大的问题。 
本发明提出的一种提取地热能的大口径钢制套管换热装置，其特征在于，该装置主要包括：底部封闭的钢套管构成地源换热井体、PE内管、过滤装置、杂质沉淀槽、隔热板、水循环分流器；其连接关系为：钢套管插入地下，地源热泵热源侧回水与钢套管上端口相连通，PE内管置于钢套管内；过滤装置固定在PE内管的最下端内部；杂质沉淀槽位于钢套管井体的最下端；隔热板包覆于PE内管外；水循环分流器安装于井体的进水口处并接在PE内管外上。 
所述钢套管的直径为150-200毫米，PE内管的直径为80-150毫米，用以增大换热接触面与换热介质单位时间的流量，地源换热井的深度80-200米。 
所述隔热板包覆长度至少为PE内管长度的二分之一，形成保温长度，保温长度设置在地面高度附近。 
所述装置还包括两个切断阀门、反冲洗阀门，所述两个切断阀门分别位于钢套管、PE内管的进出口处；所述的反冲洗阀门一端接在钢套管切断阀前，另一端接在PE内管切断阀前； 
所述装置还包括检查井室，检查井室设置在地面上，将地面以上的钢套管、PE内管以及切断阀门、反冲洗阀门、水循环分流器设置其中，用于防护、检修放置其中的阀门附件。 
本发明的特点及有益效果：本发明利用大口径钢套管作为换热套管，有效的提高了换热效率，是普通换热井的3-4倍，一定程度上减少了打地埋孔所占用的土地面积；反冲洗装置可以有效的解决因杂质沉积而导致堵塞换热井的问题。 
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。 
具体实施方式
本发明提出的提取地热能的大口径钢制套管换热装置结合附图及实施例详细说明如下： 
本发明提出的一种提取地热能的大口径钢制套管换热装置实施例结构如图1所示，该装置主要包括：直径为150-200毫米的钢套管1构成地源换热井体(钢套管长度为81-201米)、直径为80-150毫米的PE内管2(长度与钢套管相匹配)、过滤装置3、杂质沉淀槽4、隔热板5、水循环分流器6、两个切断阀门7、反冲洗阀门8、检查井室9；其连接关系为：钢套管插入地下，热泵机组一次侧回水与钢套管1上端口相连通，PE内管2置于钢套管1内；过滤装置3固定在PE内管2的最下端内部；杂质沉淀槽4位于钢套管井体的最下端；隔热板5包覆于PE内管外，包覆长度至少为PE内管长度的二分之一，形成保温长度(保温长度设置在地面高度附近)；水循环分流器6安装于井体的进水口处并接在PE内管外上；所述两个切断阀门7分别位于钢套管1、PE内管2的进出口处；所述的反冲洗阀门8一端接在钢套管切断阀前，另一端接在PE内管切断阀前；检查井室9设置在地面上，将地面以上的钢套管1、PE内管2以及切断阀门、反冲洗阀门、水循环分流器设置其中。 
本实施例装置的具体实施方式说明如下： 
采用钻机钻孔(孔深80-200米)后，将过滤装置3固定在PE内管2的最下端内部，在PE内管2一段的外周包覆隔热板5形成保温段，将水循环分流器6安装在PE内管的保温段上端的PE内管壁上，在PE内管2的底部安装过滤装置3，PE内管2置入钢套管中，使PE内管与钢套管1同心，通过设置等距离管卡固定其中。将钢套管1下入孔内，然后采用机械或人工回填，将钢套管1与地下土壤密实回填。在地面上的钢套管弯成水平状，PE内管的上部从钢套管的弯折处伸出钢套管，也弯折成水平状，水平段的钢套管和水平段的PE内管上分别安装切断阀门7，反冲洗阀门8一端接在钢套管切断阀前，另一端接在PE内管切断阀前；设置检查井室，使得在地面以上的钢套管1、PE内管2以及切断阀门、反冲洗阀门、水循环分流器处在其中。 
本实施例的工作原理为：热泵机组一次侧回水通过水泵输送进入钢套管内与土壤进行换热。由于长时间运行，管内锈渣等可能会堵塞管道影响换热，因此在钢套管1底部设置杂质沉淀槽4，水中的杂质随着循环水的流动会进入沉淀槽4进行沉淀。钢套管内的循环水通过过滤装置3进入PE内管后被输送到热泵机组进行热量的交换。由于钢套管内的循环水的温度与PE内管上部循环水的温度有一定温差，为了避免热短路，形成能量损失，在钢套管上部与PE之间安装隔热板5，内部PE内管与隔热板之间有空气层(或静态水流)，传热会大大降低。为使循环水能充分的与土壤换热，强化循环水从土壤中吸热，在换热井顶部设置水循环分流器6。切断阀7用于换热井检修使用。系统循环一定时间后，过滤装置3有可能外部堵塞，这时可通过反冲洗阀门8打开，然后关闭切断阀门7进行系统的反冲洗。9为检查井室，用于放置阀门附件以及检修使用。 
本实施例中的各部件的具体实现方式分别说明如下： 
钢套管：无缝钢管，焊接，承压1.6MPa； 
PE内管：高密度聚乙烯管，热熔连接，承压1.6MPa； 
过滤装置：不锈钢网，孔径5mm； 
杂质沉淀槽：不锈钢槽，深100mm； 
隔热板：珍珠岩保温板，厚20mm； 
水循环分流器：不锈钢网格，孔径5mm； 
切断阀门：钢套管蝶阀，法兰连接；PE内管夹阀，螺纹连接； 
反冲洗阀门：闸阀，丝接； 
检查井室：Φ800mm,井室采用砖砌水泥抹面防水。 

Claims (5)

1.一种提取地热能的大口径钢制套管换热装置，其特征在于，该装置主要包括：底部封闭的钢套管构成地源换热井体、PE内管、过滤装置、杂质沉淀槽、隔热板、水循环分流器；其连接关系为：钢套管插入地下，地源热泵热源侧回水与钢套管上端口相连通，PE内管置于钢套管内；过滤装置固定在PE内管的最下端内部；杂质沉淀槽位于钢套管井体的最下端；隔热板包覆于PE内管外；水循环分流器安装于井体的进水口处并接在PE内管外上。
2.如权利要求1所述的提取地热能的大口径钢制套管换热装置，其特征在于，所述钢套管的直径为150-200毫米，PE内管的直径为80-150毫米，用以增大换热接触面与换热介质单位时间的流量，地源换热井的深度80-200米。
3.如权利要求2所述的提取地热能的大口径钢制套管换热装置，其特征在于，所述隔热板包覆长度至少为PE内管长度的二分之一，形成保温长度，保温长度设置在地面高度附近。
4.如权利要求2所述的提取地热能的大口径钢制套管换热装置，其特征在于，所述装置还包括两个切断阀门、反冲洗阀门，所述两个切断阀门分别位于钢套管、PE内管的进出口处；所述的反冲洗阀门一端接在钢套管切断阀前，另一端接在PE内管切断阀前；用以定期的对井体下端的杂质进行反冲洗。
5.如权利要求1、2、3或4所述的提取地热能的大口径钢制套管换热装置，其特征在于，所述装置还包括检查井室，检查井室设置在地面上，将地面以上的钢套管、PE内管以及切断阀门、反冲洗阀门、水循环分流器设置其中，用于防护、检修放置其中的阀门附件。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150225