CN112984848A - 一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统 - Google Patents

一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，包括使用终端、水源热泵机组、供热循环泵和地下水换热循环泵，所述使用终端通过管道连接有循环水总泵，所述循环水总泵的一侧通过管道连接有内换热泵机组；本发明能够缩短两者之间传输距离，减少布设成本损耗的同时，有效缩短地热采集的有效传输距离，减少传输过程中地热能源的无故损耗，提高地热能源的高效利用程度，降低地热能不热系统整体布设对人力资源的损耗，实现有效资源的高效利用率，扩大了地热采集和传输的有效传到面积，极大的提升地热采集效率，提高引热方板的结构稳定性，实现安全采热和供热。

Description

一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统
技术领域
本发明涉及地热开发和利用领域，具体为一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统。
背景技术
地温热能是指温度在25℃以下，蕴藏在浅层地表层的土壤、岩石、水源中的可再生能源。将这种能源利用于建筑空调领域的技术，称之为地温技术；地温能是相对于地热资源而言的能源概念，二者均属地热能范畴，两者区别在于，前者是对浅层低温(<25℃)地热能的定义，后者是对深层高温(≥25℃)地热能的定义，浅层地热能一般是通过热泵技术进行开采利用，即利用高位能，如电能等使热量从低位热源流向高位热源的节能装置，地源热泵正是利用了浅层地热能作为冷热源进行热量提取与释放。
经检索，中国专利号为CN109340864A公开了一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其采热端与供热端距离较远，热能损耗较大，无法实现热能的高效利用，采热效率低，为此，我们提出一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，以解决上述背景技术中提出的采热端与供热端距离较远，热能损耗较大，无法实现热能的高效利用，采热效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，包括使用终端、水源热泵机组、供热循环泵和地下水换热循环泵，所述使用终端通过管道连接有循环水总泵，所述循环水总泵的一侧通过管道连接有内换热泵机组，所述内换热泵机组的一侧经由管道连接有地源副循环水泵，使用终端通过管道与供热循环泵相连接，而供热循环泵通过管道与水源热泵机组连接安装，且地下水换热循环泵通过管道与水源热泵机组连接安装。
作为本发明的进一步方案，所述地源副循环水泵的一端经由管道连接有中深层换热系统，所述中深层换热系统的右侧布设有浅层换热系统，所述中深层换热系统通过管道连接有中深层供管道，所述浅层换热系统经由管道连接有浅层供回管道，其中，中深层换热系统为位于地下2000m以下岩体热源的地热井系统，浅层换热系统为位于地下150m的浅层地热井系统，中深层换热系统和浅层换热系统内均设置有循环介质。
作为本发明的进一步方案，所述浅层供回管道的一端连接有浅层埋管分水器，所述浅层埋管分水器的左侧布设有浅层埋管集水器，所述浅层埋管集水器的左侧经由管道连接有中深层地热分水器，所述中深层地热分水器的左侧经由管道连接有中深层地热集水器，中深层换热系统内部的循环介质通过中深层供管道进入中深层地热集水器，而浅层换热系统内的循环介质通过浅层供回管道进入浅层埋管集水器。
作为本发明的进一步方案，所述内换热泵机组的左侧靠近上部经由管道连接有集水阀一号，所述内换热泵机组的左侧靠近上部经由管道并排连接有分水阀一号，所述内换热泵机组的左侧靠近下部经由管道连接有集水阀二号，所述内换热泵机组的左侧靠近下部经由管道并排连接有分水阀二号，集水阀一号、分水阀一号、集水阀二号和分水阀二号之间相互并排设置。
作为本发明的进一步方案，所述浅层埋管分水器的一侧经由管道连接有浅层分水阀，所述浅层分水阀的一侧经由管道连接有交换阀，所述浅层埋管集水器的一侧经由管道连接有浅层集水阀，所述中深层地热分水器的一侧经由管道连接有中层分水阀，所述中深层地热集水器的一侧通过管道连接有中层集水阀，浅层分水阀、浅层集水阀、中层分水阀和中层集水阀之间相互平行设置，交换阀通过管道分别与浅层分水阀和中层分水阀三者并联安装，地源副循环水泵通过浅层集水阀与浅层埋管集水器连通安装。
作为本发明的进一步方案，所述浅层埋管集水器和中深层地热分水器之间经由管道连接有中浅交换阀，所述浅层换热系统包括出水端，所述浅层换热系统的上部靠近右侧中间位置设置有进水端，所述浅层换热系统的上部两侧均固设有一组避热隔板，浅层埋管集水器通过中浅交换阀与中深层地热分水器连通设置，出水端通过浅层换热系统与进水端并排设置，且两者直径相同，避热隔板与浅层换热系统紧密安装。
作为本发明的进一步方案，所述浅层换热系统包括U型热管，所述U型热管的内部中间位置靠近上侧设置有递进换热环盘，其整体呈螺旋状安装于U型热管的内部，出水端与进水端之间连接有换热介质扩口管，所述U型热管的内侧填充有引热工质，U型热管、递进换热环盘和换热介质扩口管共同构成浅层换热系统，换热介质扩口管的直径大于进水端的直径，递进换热环盘整体呈盘旋状布设，且其关于浅层换热系统对称设置。
作为本发明的进一步方案，所述中深层换热系统包括热管式换热器和热管式引热器，所述热管式换热器的外表面靠近上侧固设有换热环组，所述热管式引热器的外表面靠近下侧固设有引热板组，热管式换热器通过管道分别与中深层地热分水器和中深层地热集水器对接安装，热管式换热器和热管式引热器均为中空设置，换热环组通过热管式换热器和热管式引热器配合与引热板组并排设置，且换热环组的最大直径与引热板组的翼展长度相等。
作为本发明的进一步方案，所述换热环组包括若干组环型导热翼展，所述引热板组包括若干组引热方板，所述引热方板的右侧边缘位置开设有环槽口，所述引热方板的内部靠近右侧安装有内附支杆，所述引热方板的上端表面贯穿开设有若干组引热槽孔，所述引热方板的上端表面中间位置靠近右侧贯穿开设有穿装孔，若干组环型导热翼展与热管式换热器螺旋布设，若干组引热方板通过环槽口与热管式引热器呈并排式卡固安装，其中内附支杆通过穿装孔与引热方板穿插安装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明如图中所示，中深层换热系统经由中深层供管道直接与浅层埋管集水器中深层地热分水器相连接，大大缩短两者之间传输距离，减少布设成本损耗的同时，有效缩短地热采集的有效传输距离，减少传输过程中地热能源的无故损耗，提高地热能源的高效利用程度，降低地热能不热系统整体布设对人力资源的损耗，进一步降低投入成本，实现有效资源的高效利用率，比起传统的远距离布设有效节约安装成本；通过引热工质紧密填充在U型热管内侧，不仅有效利用U型热管的U型结构，提高浅层换热系统与线层地热的有效接触面积，亦经由管径加粗的换热介质扩口管，以及整体呈螺旋状安装于U型热管的内部的递进换热环盘，以上结构均进一步扩大了地热采集和传输的有效传到面积，极大的提升地热采集效率。
本发明利用换热环组和引热板组两组结构内部的若干组环型导热翼展和引热方板，有效提高中深层换热系统的整体与中深层地热的有效接触面积，且其中引热方板表面开设的若干组穿装孔，进一步扩充中深层换热系统下部与地热的接触面积，极大增强地热的汲取效率，其中的内附支杆经由引热槽孔，将若干组引热方板并排卡固安装在热管式引热器两侧，提高内附支杆提高引热方板之间的稳固组装程度，避免中深层土壤对引热方板的压应力损坏，提高引热方板的结构稳定性，实现安全采热和供热。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中浅层换热系统的半剖面内部结构示意图；
图3为本发明中中深层换热系统的整体结构示意图；
图4为本发明中热管式换热器的结构示意图；
图5为本发明中热管式引热器的结构示意图；
图6为本发明中引热板组的结构示意图；
图7为本发明中引热方板的结构示意图。
图中：1、使用终端；2、循环水总泵；3、内换热泵机组；4、地源副循环水泵；5、中深层换热系统；6、浅层换热系统；7、中深层供管道；8、浅层供回管道；9、浅层埋管分水器；10、浅层埋管集水器；11、中深层地热分水器；12、中深层地热集水器；13、集水阀一号；14、分水阀一号；15、集水阀二号；16、分水阀二号；17、浅层分水阀；171、交换阀；18、浅层集水阀；19、中层分水阀；20、中层集水阀；21、中浅交换阀；622、出水端；623、进水端；624、避热隔板；625、U型热管；626、递进换热环盘；627、换热介质扩口管；628、引热工质；529、热管式换热器；530、热管式引热器；531、换热环组；532、引热板组；533、环型导热翼展；534、引热方板；535、环槽口；536、内附支杆；537、引热槽孔；538、穿装孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，包括使用终端1、水源热泵机组、供热循环泵和地下水换热循环泵，使用终端1通过管道连接有循环水总泵2，循环水总泵2的一侧通过管道连接有内换热泵机组3，内换热泵机组3的一侧经由管道连接有地源副循环水泵4，使用终端1通过管道与供热循环泵相连接，而供热循环泵通过管道与水源热泵机组连接安装，且地下水换热循环泵通过管道与水源热泵机组连接安装。
如图1所示，地源副循环水泵4的一端经由管道连接有中深层换热系统5，中深层换热系统5的右侧布设有浅层换热系统6，中深层换热系统5通过管道连接有中深层供管道7，浅层换热系统6经由管道连接有浅层供回管道8，其中，中深层换热系统5为位于地下2000m以下岩体热源的地热井系统，浅层换热系统6为位于地下150m的浅层地热井系统，中深层换热系统5和浅层换热系统6内均设置有循环介质。
如图1所示，浅层供回管道8的一端连接有浅层埋管分水器9，浅层埋管分水器9的左侧布设有浅层埋管集水器10，浅层埋管集水器10的左侧经由管道连接有中深层地热分水器11，中深层地热分水器11的左侧经由管道连接有中深层地热集水器12，中深层换热系统5内部的循环介质通过中深层供管道7进入中深层地热集水器12，而浅层换热系统6内的循环介质通过浅层供回管道8进入浅层埋管集水器10。
如图1所示，内换热泵机组3的左侧靠近上部经由管道连接有集水阀一号13，内换热泵机组3的左侧靠近上部经由管道并排连接有分水阀一号14，内换热泵机组3的左侧靠近下部经由管道连接有集水阀二号15，内换热泵机组3的左侧靠近下部经由管道并排连接有分水阀二号16，集水阀一号13、分水阀一号14、集水阀二号15和分水阀二号16之间相互并排设置。
如图1所示，浅层埋管分水器9的一侧经由管道连接有浅层分水阀17，浅层分水阀17的一侧经由管道连接有交换阀171，浅层埋管集水器10的一侧经由管道连接有浅层集水阀18，中深层地热分水器11的一侧经由管道连接有中层分水阀19，中深层地热集水器12的一侧通过管道连接有中层集水阀20，浅层分水阀17、浅层集水阀18、中层分水阀19和中层集水阀20之间相互平行设置，交换阀171通过管道分别与浅层分水阀17和中层分水阀19三者并联安装，地源副循环水泵4通过浅层集水阀18与浅层埋管集水器10连通安装。
如图1所示，浅层埋管集水器10和中深层地热分水器11之间经由管道连接有中浅交换阀21，浅层换热系统6包括出水端622，浅层换热系统6的上部靠近右侧中间位置设置有进水端623，浅层换热系统6的上部两侧均固设有一组避热隔板624，浅层埋管集水器10通过中浅交换阀21与中深层地热分水器11连通设置，出水端622通过浅层换热系统6与进水端623并排设置，且两者直径相同，避热隔板624与浅层换热系统6紧密安装。
如图2所示，浅层换热系统6包括U型热管625，U型热管625的内部中间位置靠近上侧设置有递进换热环盘626，其整体呈螺旋状安装于U型热管625的内部，出水端622与进水端623之间连接有换热介质扩口管627，U型热管625的内侧填充有引热工质628，U型热管625、递进换热环盘626和换热介质扩口管627共同构成浅层换热系统6，换热介质扩口管627的直径大于进水端623的直径，递进换热环盘626整体呈盘旋状布设，且其关于浅层换热系统6对称设置。
如图3-5所示，中深层换热系统5包括热管式换热器529和热管式引热器530，热管式换热器529的外表面靠近上侧固设有换热环组531，热管式引热器530的外表面靠近下侧固设有引热板组532，热管式换热器529通过管道分别与中深层地热分水器11和中深层地热集水器12对接安装，热管式换热器529和热管式引热器530均为中空设置，换热环组531通过热管式换热器529和热管式引热器530配合与引热板组532并排设置，且换热环组531的最大直径与引热板组532的翼展长度相等。
如图4-7所示，换热环组531包括若干组环型导热翼展533，引热板组532包括若干组引热方板534，引热方板534的右侧边缘位置开设有环槽口535，引热方板534的内部靠近右侧安装有内附支杆536，引热方板534的上端表面贯穿开设有若干组引热槽孔537，引热方板534的上端表面中间位置靠近右侧贯穿开设有穿装孔538，若干组环型导热翼展533与热管式换热器529螺旋布设，若干组引热方板534通过环槽口535与热管式引热器530呈并排式卡固安装，其中内附支杆536通过穿装孔538与引热方板534穿插安装。
本发明的工作原理及使用流程：对于本发明，在使用时，将中深层换热系统5经由中深层供管道7直接与浅层埋管集水器10中深层地热分水器11相连接，大大缩短两者之间传输距离，减少布设成本损耗的同时，有效缩短地热采集的有效传输距离，减少传输过程中地热能源的无故损耗，提高地热能源的高效利用程度，降低地热能不热系统整体布设对人力资源的损耗，进一步降低投入成本，实现有效资源的高效利用率，比起传统的远距离布设有效节约安装成本；通过引热工质628紧密填充在U型热管625内侧，不仅有效利用U型热管625的U型结构，提高浅层换热系统6与线层地热的有效接触面积，亦经由管径加粗的换热介质扩口管627，以及整体呈螺旋状安装于U型热管625的内部的递进换热环盘626，以上结构均进一步扩大了地热采集和传输的有效传到面积，极大的提升地热采集效率，在实现夏季对使用终端1实现供冷，以及在实现冬季对使用终端1实现供暖前提下，经由内换热泵机组3可将夏季使用终端1产生的热能，经由地源副循环水泵4存储进中深层换热系统5中，可实现对夏季多余热能的长期存储，避免资源浪费，其中经由浅层供回管道8以及浅层埋管分水器9的配合下，有效将部分热能分散存储在浅层深井中，中深层地热集水器12；中深层换热系统5内部的循环介质通过中深层供管道7进入中深层地热集水器12，而浅层换热系统6内的循环介质通过浅层供回管道8进入浅层埋管集水器10，打开中层集水阀20和浅层集水阀18，中深层和浅层集水器内的循环介质通过连接的管道混合后统一被进入地源副循环水泵4，再通过地源副循环水泵4送入内换热泵机组3的蒸发器，再由热泵机组蒸发器出口分别进入中深层地热分水器11和浅层埋管分水器9，最后由中深层地热分水器11和浅层埋管分水器9分别送入中深层换热系统5和浅层换热系统6，形成中深层和浅层换热的闭式循环，集水阀一号13、分水阀一号14、集水阀二号15和分水阀二号16分别为灵活控制管道开壁提供方便，避热隔板624阻隔热能散失，浅层分水阀17和交换阀171为控制内换热泵机组3与浅层埋管分水器9的灵活连通，浅层集水阀18控制地源副循环水泵4与浅层埋管集水器10的连通，中层分水阀19控制中深层地热分水器11与内换热泵机组3的热能连通，中层集水阀20为控制中深层地热集水器12与地源副循环水泵4连通。最后换热环组531和引热板组532两组结构内部的若干组环型导热翼展533和引热方板534，有效提高中深层换热系统5的整体与中深层地热的有效接触面积，且其中引热方板534表面开设的若干组穿装孔538，进一步扩充中深层换热系统5下部与地热的接触面积，极大增强地热的汲取效率，其中的内附支杆536经由引热槽孔537，将若干组引热方板534并排卡固安装在热管式引热器530两侧，提高内附支杆536提高引热方板534之间的稳固组装程度，避免中深层土壤对引热方板534的压应力损坏，提高引热方板534的结构稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，包括使用终端(1)、水源热泵机组、供热循环泵和地下水换热循环泵，所述使用终端(1)通过管道连接有循环水总泵(2)，所述循环水总泵(2)的一侧通过管道连接有内换热泵机组(3)，所述内换热泵机组(3)的一侧经由管道连接有地源副循环水泵(4)，使用终端(1)通过管道与供热循环泵相连接，而供热循环泵通过管道与水源热泵机组连接安装，且地下水换热循环泵通过管道与水源热泵机组连接安装。
2.根据权利要求1所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述地源副循环水泵(4)的一端经由管道连接有中深层换热系统(5)，所述中深层换热系统(5)的右侧布设有浅层换热系统(6)，所述中深层换热系统(5)通过管道连接有中深层供管道(7)，所述浅层换热系统(6)经由管道连接有浅层供回管道(8)，其中，中深层换热系统(5)为位于地下2000m以下岩体热源的地热井系统，浅层换热系统(6)为位于地下150m的浅层地热井系统，中深层换热系统(5)和浅层换热系统(6)内均设置有循环介质。
3.根据权利要求2所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述浅层供回管道(8)的一端连接有浅层埋管分水器(9)，所述浅层埋管分水器(9)的左侧布设有浅层埋管集水器(10)，所述浅层埋管集水器(10)的左侧经由管道连接有中深层地热分水器(11)，所述中深层地热分水器(11)的左侧经由管道连接有中深层地热集水器(12)，中深层换热系统(5)内部的循环介质通过中深层供管道(7)进入中深层地热集水器(12)，而浅层换热系统(6)内的循环介质通过浅层供回管道(8)进入浅层埋管集水器(10)。
4.根据权利要求1所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述内换热泵机组(3)的左侧靠近上部经由管道连接有集水阀一号(13)，所述内换热泵机组(3)的左侧靠近上部经由管道并排连接有分水阀一号(14)，所述内换热泵机组(3)的左侧靠近下部经由管道连接有集水阀二号(15)，所述内换热泵机组(3)的左侧靠近下部经由管道并排连接有分水阀二号(16)，集水阀一号(13)、分水阀一号(14)、集水阀二号(15)和分水阀二号(16)之间相互并排设置。
5.根据权利要求3所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述浅层埋管分水器(9)的一侧经由管道连接有浅层分水阀(17)，所述浅层分水阀(17)的一侧经由管道连接有交换阀(171)，所述浅层埋管集水器(10)的一侧经由管道连接有浅层集水阀(18)，所述中深层地热分水器(11)的一侧经由管道连接有中层分水阀(19)，所述中深层地热集水器(12)的一侧通过管道连接有中层集水阀(20)，浅层分水阀(17)、浅层集水阀(18)、中层分水阀(19)和中层集水阀(20)之间相互平行设置，交换阀(171)通过管道分别与浅层分水阀(17)和中层分水阀(19)三者并联安装，地源副循环水泵(4)通过浅层集水阀(18)与浅层埋管集水器(10)连通安装。
6.根据权利要求3所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述浅层埋管集水器(10)和中深层地热分水器(11)之间经由管道连接有中浅交换阀(21)，所述浅层换热系统(6)包括出水端(622)，所述浅层换热系统(6)的上部靠近右侧中间位置设置有进水端(623)，所述浅层换热系统(6)的上部两侧均固设有一组避热隔板(624)，浅层埋管集水器(10)通过中浅交换阀(21)与中深层地热分水器(11)连通设置，出水端(622)通过浅层换热系统(6)与进水端(623)并排设置，且两者直径相同，避热隔板(624)与浅层换热系统(6)紧密安装。
7.根据权利要求2所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述浅层换热系统(6)包括U型热管(625)，所述U型热管(625)的内部中间位置靠近上侧设置有递进换热环盘(626)，其整体呈螺旋状安装于U型热管(625)的内部，出水端(622)与进水端(623)之间连接有换热介质扩口管(627)，所述U型热管(625)的内侧填充有引热工质(628)，U型热管(625)、递进换热环盘(626)和换热介质扩口管(627)共同构成浅层换热系统(6)，换热介质扩口管(627)的直径大于进水端(623)的直径，递进换热环盘(626)整体呈盘旋状布设，且其关于浅层换热系统(6)对称设置。
8.根据权利要求2所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述中深层换热系统(5)包括热管式换热器(529)和热管式引热器(530)，所述热管式换热器(529)的外表面靠近上侧固设有换热环组(531)，所述热管式引热器(530)的外表面靠近下侧固设有引热板组(532)，热管式换热器(529)通过管道分别与中深层地热分水器(11)和中深层地热集水器(12)对接安装，热管式换热器(529)和热管式引热器(530)均为中空设置，换热环组(531)通过热管式换热器(529)和热管式引热器(530)配合与引热板组(532)并排设置，且换热环组(531)的最大直径与引热板组(532)的翼展长度相等。
9.根据权利要求8所述的一种中深层与浅层地热能联合供热及浅层地热能补热系统，其特征在于，所述换热环组(531)包括若干组环型导热翼展(533)，所述引热板组(532)包括若干组引热方板(534)，所述引热方板(534)的右侧边缘位置开设有环槽口(535)，所述引热方板(534)的内部靠近右侧安装有内附支杆(536)，所述引热方板(534)的上端表面贯穿开设有若干组引热槽孔(537)，所述引热方板(534)的上端表面中间位置靠近右侧贯穿开设有穿装孔(538)，若干组环型导热翼展(533)与热管式换热器(529)螺旋布设，若干组引热方板(534)通过环槽口(535)与热管式引热器(530)呈并排式卡固安装，其中内附支杆(536)通过穿装孔(538)与引热方板(534)穿插安装。
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