CN105066515A - 一种利用深层地热能的u型换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用深层地热能U型换热系统，包括U型换热器、输出管、动力泵、热泵换热器、末端、返回管和蓄热岩层。蓄热岩层内布设有一组或多组U型换热器，U型换热器内充注换热所需的循环介质，U型换热器分别与输出管和返回管相连，通过输出管连接至动力泵和热泵换热器，热泵换热器与末端相连，热泵换热器通过返回管连接至U型换热器。U型换热器内循环介质在换热器内升温，吸收岩层和热水的能量，并将热能输送到热泵换热器，换完热的低温循环介质返回U型换热器。往复循环，实现地热能的低成本、高效率、环境友好的开发。本发明是一种新的提高地热利用效率的换热系统。

Description

一种利用深层地热能的U型换热系统
技术领域
本发明涉及深层地热开采的组合换热系统，尤其是涉及一种利用深层地热能的U型换热系统。
背景技术
地热能(GeothermalEnergy)是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是一种再生能源。中国国土资源部发布官方数据表明，中国大陆3000米至10000米深处干热岩资源总计相当于中国目前年度能源消耗总量的26万倍；地热利用以直接利用为主，直接利用的能量最大份额是地源热泵占49.0％，其次是洗浴和游泳占24.9％，再次是常规地热供暖占14.4％。直接开采地下水利用的方式有两个主要的缺点：一是地下水过度开采不可持续，会导致地下水资源枯竭、地面沉降等问题；二是利用后的废水排放会造成生态环境问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种取热不取水、高换热能力、低功耗的一种利用深层地热能U型换热系统。本发明可以解决背景技术中的两个问题，做到取热不取水，不造成环境问题。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种利用深层地热能U型换热系统，包括U型换热器(1)、输出管(3)、动力泵(4)、热泵换热器(5)、末端(6)、返回管(7)和蓄热岩层(9)，蓄热岩层(9)内布设有一组或多组U型换热器(1)，U型换热器(1)内充注换热所需的循环介质，U型换热器(1)分别与输出管(3)和返回管(7)相连，输出管(3)在地下设有输出管保温段(2)，返回管(7)在地下设有返回管保温段(8)，通过输出管(3)连接至动力泵(4)和热泵换热器(5)，热泵换热器(5)与末端(6)相连，热泵换热器(5)通过返回管(7)连接至U型换热器(1)。
U型换热器(1)的换热管直径为100～200毫米。
所述的U型换热器(1)的数量、管道直径、管道长度和管间距离根据热负荷需求确定，输出管保温段距离较长，返回管保温段距离较短，U型换热器两直管的管间距为200～4000米，多个U型换热器(1)通过输出管(3)和返回管(7)并联。
本发明具有以下优点：
(1)本发明可以根据热负荷需求确定U型换热器的数量和井深，保证地下换热系统能够交换出充分的热量满足系统所需热负荷。
(2)U型换热器为封闭循环体系，在地下2000-6000米的深处安放，通过管壁与高温岩层和地下热水进行换热。
(3)U型换热器两直管的管间距为200-4000米，较长的水平管道具有更好的换热效果。
(4)输出管保温段和返回管保温段可以减少热量损失。
(5)本发明实现取热不取水，对地下系统不造成污染，实现地热资源的可持续开采，真正实现CO2和粉尘的零排放，减少对化石能源的需求，对改善目前环境具有积极作用。
(6)具有采热量大、供热稳定、生产成本和运营费用低等优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为多个U型换热器并联结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种利用深层地热能U型换热系统，如附图1所示：包括U型换热器1、输出管保温段2、输出管3、动力泵4、热泵换热器5、末端6、返回管7、返回管保温段8和蓄热岩层9。通过钻机向蓄热岩层钻出直径100-200毫米的钻孔两个，通过定向钻井技术将两钻孔联通，U型换热器1布设在蓄热岩层9中，U型换热器1内充注换热所需的循环用介质，U型换热器1分别与输出管3和返回管7相连，输出管3在地下设有输出管保温段2，返回管7在地下设有返回管保温段8，输出管保温段2和返回管保温段8采用内涂层保温或外包覆保温的方式。U型换热器1通过输出管3连接至动力泵4和热泵换热器5，热泵换热器5与末端6相连，热泵换热器5通过返回管7连接至U型换热器1。
通过钻探设备向地下深处岩层钻孔，钻孔直径在100-200毫米之间，钻孔深度在2000-6000米之间，U型管两直管的管间距离在200-4000米之间，通过定向钻井技术将U型管两直管联通，形成U型结构，将此新结构的换热系统定义为U型换热系统。
本发明在运行时，U型换热器1内充注好换热所需的循环介质，高温循环介质将来自深层岩层和热水的热量通过输出管3和动力泵4输送到热泵换热器5，热交换后的地温循环介质通过返回管7重新注入U型换热器1，U型换热器1和蓄热岩层9主要通过传导换热的方式使循环介质升温，实现热交换。经由热泵换热器5将热量向末端6输出。
在极端情况下，通过动力泵4改变循环介质的流速，加大采热量，甚至可以通过热泵换热器5向系统补充热源，以满足热负荷需求。该换热系统可以用于供暖、制冷、低温发电、工业干燥等行业。
实施例2：如果热负荷较大，需要布设多组并联U型换热器，以布设两组U型换热器为例，如附图2所示：包括U型换热器1和10、输出管保温段2和14、输出管3和11、动力泵4和15、热泵换热器5、末端6、返回管7和12、返回管保温段8和13、蓄热岩层9。通过钻机向蓄热岩层钻出直径100-200毫米的钻孔四个，通过定向钻井技术将两钻孔联通,通过定向钻井技术将两钻孔联通，U型换热器1布设在蓄热岩层9中，U型换热器1内充注换热所需的循环用介质，U型换热器1分别与输出管3和返回管7相连，输出管3在地下设有输出管保温段2，返回管7在地下设有返回管保温段8，输出管保温段2和返回管保温段8采用内涂层保温或外包覆保温的方式。U型换热器1通过输出管3连接至动力泵4和热泵换热器5，热泵换热器5与末端6相连，热泵换热器5通过返回管7连接至U型换热器1。同样通过定向钻井技术将另两钻孔联通，U型换热器10布设在蓄热岩层9中，U型换热器10内充注换热所需的循环用介质，U型换热器10分别与输出管11和返回管12相连，输出管11在地下设有输出管保温段14，返回管12在地下设有返回管保温段13，输出管保温段14和返回管保温段13采用内涂层保温或外包覆保温的方式。U型换热器10通过输出管11连接至动力泵15和热泵换热器5，热泵换热器5与末端6相连，热泵换热器5通过返回管12连接至U型换热器10。U型换热器1与10并联。
通过钻探设备向地下深处岩层钻孔，钻孔直径在100-200毫米之间，钻孔深度在2000-6000米之间，U型管两直管的管间距离在200-4000米之间，通过定向钻井技术将U型管两直管联通，形成U型结构，将此新结构的换热系统定义为U型换热系统。
本发明在运行时，U型换热器1和10内充注好换热所需的循环介质，第一组中高温循环介质将来自深层岩层和热水的热量通过输出管3和动力泵4输送到热泵换热器5，热交换后的地温循环介质通过返回管7重新注入U型换热器1；第二组中高温循环介质将来自深层岩层和热水的热量通过输出管11和动力泵15输送到热泵换热器5，热交换后的地温循环介质通过返回管12重新注入U型换热器10。U型换热器1和10与蓄热岩层9主要通过传导换热的方式使循环介质升温，实现热交换。热量经由热泵换热器5将向末端6输出。
在极端情况下，通过动力泵4和15改变循环介质的流速，加大采热量，甚至可以通过热泵换热器5向系统补充热源，以满足热负荷需求。当热负荷较小时，可以通过动力泵4和15改变循环介质的流速，减小采热量，甚至关闭一组换热器。该换热系统可以用于供暖、制冷、低温发电、工业干燥等行业。

Claims (3)

1.一种利用深层地热能U型换热系统，包括U型换热器(1)、输出管(3)、动力泵(4)、热泵换热器(5)、末端(6)、返回管(7)和蓄热岩层(9)，其特征在于：蓄热岩层(9)内布设有一组或多组U型换热器(1)，U型换热器(1)内充注换热所需的循环介质，U型换热器(1)分别与输出管(3)和返回管(7)相连，输出管(3)在地下设有输出管保温段(2)，返回管(7)在地下设有返回管保温段(8)，U型换热器(1)通过输出管(3)连接至动力泵(4)和热泵换热器(5)，热泵换热器(5)与末端(6)相连，热泵换热器(5)通过返回管(7)连接至U型换热器(1)。
2.如权利要求1所述的一种利用深层地热能U型换热系统，其特征在于：U型换热器(1)的换热管直径为100～200毫米。
3.如权利要求1所述的一种利用深层地热能U型换热系统，其特征在于：所述的U型换热器(1)的数量可根据热负荷需求确定，输出管保温段距离较长，返回管保温段距离较短，U型换热器两直管的管间距为200～4000米，多个U型换热器(1)通过输出管(3)和返回管(7)并联。
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