CN209054794U - 一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，属于热交换系统领域。本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，包括使用端、换热器和冷热循环管网，使用端通过换热器与冷热循环管网进行换热，冷热循环管网包括循环泵系统、主输送管路、第一流动管路、第二流动管路和主井眼，循环泵系统通过主输送管路与第一流动管路和第二流动管路的进口端连接，第一流动管路、第二流动管路与主输送管路之间均设有开闭装置，第一流动管路和第二流动管路的出口端分别在距离地面不同深度位置处与主井眼连接，主井眼出口端的循环液流经换热器换热后进入到循环泵系统中。本实用新型的系统能够进行供冷和供暖，功能多样，且该系统换热效果好。

Description

一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统

技术领域

本实用新型涉及热交换系统领域，更具体地说，涉及一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统。

背景技术

随着国民经济的不断提高，对能源的消耗量也越来越大，而传统能源往往利用不充分且带来的污染也越来越严重，例如煤炭燃烧产生的煤渣和烟气等会造成环境污染，因此，为了减少环境污染，研究和开采新能源已成为可持续发展的一项重要目标。在新能源中，地球内部的地热能由于具有储量大、无污染等特点，也越来越多地被人们开采和利用。

申请人曾就地热能利用利于申请了专利，其专利申请号为CN201320219708，授权公告日为2013年9月25日，实用新型名称为：一种利用中深地层封闭循环热交换系统。该申请案涉及一种利用中深地层封闭循环热交换系统，包括热能使用端、换热器、循环泵、井眼、井口装置、固井套管及悬挂套管，所述井眼深度为1000-3500m，固井套管安装在井眼中，固井套管为金属材料，井壁与固定套管之间填充油井水泥；所述悬挂套管放入固井套管中，并通过井口装置悬挂、固定；所述循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。该申请案提供可再生的、稳定的、极低运行成本的热源，不破坏、不污染未扰动的地下水。但是，该申请案的系统只能够用于供暖，功能单一，没有充分利用地热能。此外，该申请案中，换热后的热水从悬挂套管中上行时会与未经换热的下行的冷水接触，在此接触过程中会发生热交换，致使换热后的热水温度降低，热交换强度极易衰减，会使得整个系统的热交换效率降低，并且，该申请案中的井眼只设有竖直段，下行的冷水只能够通过竖直段与地层进行热交换，冷水与地层热交换的有效面积和体积较小，系统热交换效率低，且往往不能达到预期的效果，换热效果差。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

针对现有技术中的热交换系统存在的上述不足，本实用新型提供一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，该冷热交换系统能够进行供冷和供暖，功能多样，充分利用了地热能，供暖供冷不耗能，绿色环保，且该冷热交换系统换热效果好，换热效率高，实用性强。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，包括使用端、换热器和冷热循环管网，所述的使用端通过换热器与冷热循环管网进行换热，所述的冷热循环管网包括循环泵系统、主输送管路、第一流动管路、第二流动管路和主井眼，所述的循环泵系统通过主输送管路与第一流动管路和第二流动管路的进口端连接，用以将循环液输送到第一流动管路或第二流动管路中，所述的第一流动管路、第二流动管路与主输送管路之间均设有开闭装置，所述的第一流动管路和第二流动管路的出口端分别在距离地面不同深度位置处与主井眼连接，所述的主井眼出口端的循环液流经换热器换热后进入到循环泵系统中，从主输送管路中输送到第一流动管路或第二流动管路中的循环液均通过主井眼进行输出。

更进一步地，所述的循环泵系统包括第一循环泵和第二循环泵，所述的第一循环泵和第二循环泵并联设置，且所述的第一循环泵和第二循环泵的出口端均与主输送管路连接。

更进一步地，所述的第一流动管路包括第一水平管路和与第一水平管路连接的第一垂直管路，所述的第一垂直管路与主输送管路连接，所述的第一水平管路与主井眼连接。

更进一步地，所述的第二流动管路包括第二水平管路和与第二水平管路连接的第二垂直管路，所述的第二垂直管路与主输送管路连接，所述的第二水平管路与主井眼连接。

更进一步地，所述的主输送管路与第一流动管路、第二流动管路之间还设有井口装置，用以进行固定和密封。

更进一步地，所述的所述的第一流动管路与主井眼的连接端位于地下2000m处。

更进一步地，所述的第二流动管路与主井眼的连接端位于地下300m处。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，该冷热交换系统设有第一流动管路和第二流动管路，不但能够供暖，而且能够供冷，供暖供冷不耗能，功能多样，充分利用了地热能，绿色环保，并且，该冷热交换系统第一流动管路和第二流动管路均与主井眼连接，第一流动管路和第二流动管路中的循环液均通过主井眼进行输出，换热后的循环液和未经换热的循环液不会进行接触换热，热交换强度高，换热效果好，整个系统的热交换效率更高，实用性强。

(2)本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，该冷热交换系统的第一流动管路包括第一水平管路和与第一水平管路连接的第一垂直管路，第二流动管路包括第二水平管路和与第二水平管路连接的第二垂直管路，第一流动管路和第二流动管路不但能够在垂直段与地层进行换热，还能够在水平段与地层进行充分换热，第一流动管路和第二流动管路与地层接触的有效面积和体积大，系统热交换效率高，换热充分，换热效果非常好。

(3)本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，该冷热交换系统的第一流动管路与主井眼的连接端位于地下2000m处，该深度能够使得使用端的温度达到60℃以上，能够很好地满足供暖需求。

(4)本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，该冷热交换系统的第二流动管路与主井眼的连接端位于地下300m处，该深度能够使得使用端的温度维持在20℃以下，能够很好地满足供暖需求。

附图说明

图1为本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统在进行供暖时的工作原理示意图；

图3为为本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统在进行供冷时的工作原理示意图。

示意图中的标号说明：

1、主井眼；2、第一流动管路；21、第一水平管路；22、第一垂直管路；3、第二流动管路；31、第二水平管路；32、第二垂直管路；4、主输送管路；5、第一循环泵；6、第二循环泵；7、使用端；8、换热器；9、井口装置。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例

结合图1至图3所示，本实施例的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，包括使用端7、换热器8和冷热循环管网，使用端7通过换热器8与冷热循环管网进行换热，其中，冷热循环管网包括循环泵系统、主输送管路4、第一流动管路2、第二流动管路3和主井眼1，循环泵系统通过主输送管路4与第一流动管路2和第二流动管路3的进口端连接，用以将循环液(本实施例中的循环液可为水等液体)输送到第一流动管路2或第二流动管路3中，第一流动管路2、第二流动管路3与主输送管路4之间均设有开闭装置，同时，第一流动管路2和第二流动管路3的出口端分别在距离地面不同深度位置处与主井眼1连接，该主井眼1出口端的循环液流经换热器8换热后进入到循环泵系统中，从主输送管路4中输送到第一流动管路2或第二流动管路3中的循环液均通过主井眼1进行输出。本实施例的主井眼1底部是封闭式的，主井眼1中的循环液不与地层中的水源等发生接触。循环泵系统使热的循环液或冷的循环液进入到第二流动管路3或第一流动管路2中，与地层进行换热，换热后的循环液通过主井眼1输出，输出的循环液则流经换热器8后重新进入到循环泵系统中，使用端7的水流即可通过换热器8进行加热或降温。优选地，上述的开闭装置为阀门，阀门设置在第一流动管路2与主输送管路4的连接处、第二流动管路3与主输送管路4的连接处，可通过阀门的开闭来控制循环液的流动。

具体地，作为一种优选方案，本是实施例的循环泵系统包括第一循环泵5和第二循环泵6，第一循环泵5和第二循环泵6并联设置，且第一循环泵5和第二循环泵6的出口端均与主输送管路4连接，第一循环泵5和第二循环泵6之间互不干扰，第一循环泵5和第二循环泵6分别负责第一流动管路2和第二流动管路3中循环液的循环流动，设置两个循环泵能够使循环泵系统分工明确，工作可靠。同样优选地，本实施例的第一流动管路2在距离地面较深的位置与主井眼1进行连接，地壳中从地表(地面)到深处，地层温度随深度逐渐增加，从恒温层以下开始，深度每增加100米，地层温度平均上升3℃，因而距离地面较深处的地层温度较高，在较深处进行连接可以利用地层的热能，提高第一流动管路2中循环液的温度，当将温度较低的循环液输入到第一流动管路2中后，经过换热增温后的循环液通过主井眼1向上输出，从而使本实施例的系统实现供暖功能，在主井眼1中行走时，循环液能够进一步与地层发生热交换，进一步提升自身的温度，使得供暖效果更好。本实施例的第二流动管路3则是在距离地面较浅的位置与主井眼1连接，该处地层的温度较低，当将温度较高的循环液输入到第二流动管路3中时，较高温度的循环液即与地层进行换热降温，降温后的循环液从第二流动管路3中输出进入到主井眼1中，通过主井眼1向上输出，从而使本实施例的系统实现供冷能。本实施例的冷热交换系统不但能够供暖，而且能够供冷，供暖供冷不耗能，功能多样，充分利用了地热能，绿色环保，并且，本实施例的冷热交换系统第一流动管路2和第二流动管路3均与主井眼1连接，第一流动管路2和第二流动管路3中的循环液均通过主井眼1进行输出，换热后的循环液和未经换热的循环液不会进行接触换热，热交换强度高，换热效果好，整个系统的热交换效率更高，实用性强。更具体地，本实施例的第一流动管路2与主井眼1的连接端位于地下2000m或者2000m以下处，较优地为2000m，该深度能够使得使用端7的温度达到60℃以上，能够很好地满足供暖需求，与此同时，第二流动管路3与主井眼1的连接端位于地下300m或者300m以上位置处，较优地为300m，该深度能够使得使用端的温度维持在20℃以下，能够很好地满足供暖需求。

进一步地，本实施例的第一流动管路2包括第一水平管路21和与第一水平管路21连接的第一垂直管路22，第一垂直管路22与主输送管路4连接，第一水平管路21与主井眼1连接，第一流动管路2不但能够在第一垂直管路22与地层进行换热，还能够在第一水平管路21与地层进行充分换热，由于第一水平管路21在一个深度位置上长度较长，因而该第一流动管路2大大增加了与地层接触的有效面积和体积，系统热交换效率高，换热充分，换热效果非常好，能够充分增加循环液的温度。与此同时，本实施例的第二流动管路3包括第二水平管路31和与第二水平管路31连接的第二垂直管路32，第二垂直管路32与主输送管路4连接，第二水平管路31与主井眼1连接，第二流动管路3同样提高了与地层接触的有效面积和体积，能够充分降低循环液的温度。

上述的主井眼1上还连接有连接管(图中未标出)，主井眼1通过连接管与换热器8连接，以将主井眼1中的循环液输送到换热器8中进行换热。上述的主输送管路4与第一流动管路2、第二流动管路3之间还设有井口装置9，用以进行固定和密封，即主输送管路4与第一流动管路2之间、主输送管路4与第二流动管路3之间均设有井口装置9，该井口装置9设置在地面上，井口装置9为固定套、密封圈等，用以对各管路进行固定并进行密封，避免循环液与地层中的水发生交叉接触。同时，主井眼1与连接管之间也设有井口装置9。

实际使用时，供暖模式下，关闭第二流动管路3和主输送管路4之间的阀门，并通过第一循环泵5将温度低的循环液送到第一流动管路2中，循环液向下流动过程中，不断通过第一流动管路2的管壁与地层进行热交换，吸收地层热量，在第一水平管路21段，循环液充分吸收地层热量，达到设计温度，从主井眼1中返回地面。达到供暖需要温度的循环液在地面，通过换热器8与使用端7的循环水进行热交换，使用端7的循环水被加热后，作为建筑物等的供热源，使用端7可以是地暖循环水等。

供冷模式下，关闭第一流动管路2和主输送管路4之间的阀门，并通过第二循环泵6将温度高的循环液送到第二流动管路3中，循环液向下流动过程中，不断通过第二流动管路3的管壁与地层进行热交换，释放热量，在第二水平管路31段，循环液充分释放热量到地层中，达到设计温度，从主井眼1中返回地面。达到供冷需要温度的循环水在地面，通过换热器8与使用端7的循环水进行热交换，使用端7的循环水热量被吸收后，作为建筑物等的供冷源。

本实用新型的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，该冷热交换系统能够进行供冷和供暖，功能多样，充分利用了地热能，绿色环保，且该冷热交换系统换热效果好，换热效率高，实用性强。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，其特征在于：包括使用端(7)、换热器(8)和冷热循环管网，所述的使用端(7)通过换热器(8)与冷热循环管网进行换热，所述的冷热循环管网包括循环泵系统、主输送管路(4)、第一流动管路(2)、第二流动管路(3)和主井眼(1)，所述的循环泵系统通过主输送管路(4)与第一流动管路(2)和第二流动管路(3)的进口端连接，用以将循环液输送到第一流动管路(2)或第二流动管路(3)中，所述的第一流动管路(2)、第二流动管路(3)与主输送管路(4)之间均设有开闭装置，所述的第一流动管路(2)和第二流动管路(3)的出口端分别在距离地面不同深度位置处与主井眼(1)连接，所述的主井眼(1)出口端的循环液流经换热器(8)换热后进入到循环泵系统中，从主输送管路(4)中输送到第一流动管路(2)或第二流动管路(3)中的循环液均通过主井眼(1)进行输出。

2.根据权利要求1所述的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，其特征在于：所述的循环泵系统包括第一循环泵(5)和第二循环泵(6)，所述的第一循环泵(5)和第二循环泵(6)并联设置，且所述的第一循环泵(5)和第二循环泵(6)的出口端均与主输送管路(4)连接。

3.根据权利要求2所述的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，其特征在于：所述的第一流动管路(2)包括第一水平管路(21)和与第一水平管路(21)连接的第一垂直管路(22)，所述的第一垂直管路(22)与主输送管路(4)连接，所述的第一水平管路(21)与主井眼(1)连接。

4.根据权利要求3所述的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，其特征在于：所述的第二流动管路(3)包括第二水平管路(31)和与第二水平管路(31)连接的第二垂直管路(32)，所述的第二垂直管路(32)与主输送管路(4)连接，所述的第二水平管路(31)与主井眼(1)连接。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，其特征在于：所述的主输送管路(4)与第一流动管路(2)、第二流动管路(3)之间还设有井口装置(9)，用以进行固定和密封。

6.根据权利要求1所述的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，其特征在于：所述的第一流动管路(2)与主井眼(1)的连接端位于地下2000m处。

7.根据权利要求1所述的一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统，其特征在于：所述的第二流动管路(3)与主井眼(1)的连接端位于地下300m处。