CN209084871U - 一种中深层地热水井换热、供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利提供了一种中深层地热水井换热、供热系统，包括水源热泵机组、供热循环泵、地下水换热循环泵、热管式换热器、地下供回水管，所述供热循环泵、地下水换热循环泵分别通过管道连接水源热泵机组，地下水换热循环泵连接地下供回水管，所述地下供回水管通过螺旋缠绕的方式贴附在热管式换热器的热管本体外壁上部。本实用新型具有打井数量少，没有回灌风险；传热量大，换热效率高；运行费用低的优点。

Description

一种中深层地热水井换热、供热系统

技术领域

本实用新型属于地热开发和利用技术领域，尤其涉及一种中深层地热水井换热、供热系统。

背景技术

地热能是一种绿色、洁净、可再生的清洁能源、具有分布广、储量大等优点，按照地热能的赋存埋深和温度，地热能可分为浅层地温能与中深层地热能。

浅层地热能是指蕴藏在地表以下一般小于200米的深度范围内岩土体、地下水和地表水中的热能，是由地球内部能量传导和太阳辐射共同作用而产生，但主要受太阳辐射影响，且温度随季节变化很小，温度多年几乎无变化，一般低于25℃，为低品质热能，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。

中深层地热能温度一般在50℃以上，埋深介于2000～4000米之间，主要赋存于地下水和岩石体中，中深层供热系统以提取中深层地热为主，热源为中深层地壳岩土体，通过前期勘探后，使用专业石油钻孔设备在目的地钻孔，钻孔深度地下2000～4000米，钻孔直径200mm，安装特种材料制成的金属换热器，封闭换热井，填充液体换热介质，通过换热介质将换热器所提取的热量传输至热泵设备机房，再分配至终端用户，该技术具有热源温度更高(地下2000m以下岩体热源可达70℃)且恒定，单个换热井换热面积大，运行成本低，节能环保性强等特点，在我国有大量工程案例，该供热技术已基本成熟。

地热能利用的形式分为：取热不取水型和抽取地下水型，取热不取水型地热能供热技术，通过封闭换热井，填充液体换热介质，通过换热介质将换热器所提取的热量传输至热泵设备机房，再分配至终端用户。运行成本低，节能环保性强等特点，但该供热技术单个换热井换热面积不如中深层地热水井；抽取地下水型地热能利用技术又分为：抽取潜水和抽取岩溶承压水，潜水的补给主要是当地的大气降水和部分河湖水，承压水则是依靠大气降水与河湖水通过潜水补给的。潜水埋藏较浅，受气候特别是降水的影响较大，流量不稳定，容易受污染，水质较差，井口水温约15-20℃；承压水埋藏较深，直接受气候的影响较小，流量稳定，不易受污染，水质比较好。钻到潜水中的井是潜水井，潜水井的水位一般应该是和当地的潜水位一致的，打穿隔水层顶板，钻到承压水中的井叫承压井，承压井中的水因受到静水压力的影响，可以沿钻孔上涌至相当于当地承压水位的高度，在地面低于承压水位时，承压水会涌出地表，形成自流井，井口水温约75℃。

采用地热水井供热，地下水温度较高时可以直接供暖，低温尾水再通过热泵供热，具有单井供热面积大的特点，优点是：工艺简单、成本低，能效比；缺点是：引起地下水位下降，土壤重新固结，地面沉降，形成地裂缝，且地下水回灌难度大，无法回灌的地下水大量排入城市排水管网，严重浪费水资源，在抽取地下水时，水泵需要克服井水水面到地面热泵机组的高差，造成水泵功率过大，运行费用过高。

实用新型内容

针对上述背景技术的阐述，本实用新型提供一种中深层地热水井换热、供热系统，通过不抽取地下水的闭式循环换热方式，主要解决现有地热水井供暖技术所带来的水泵耗能大、回灌困难，并需要单独设置回灌井造成投资高的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种中深层地热水井换热、供热系统，包括水源热泵机组、供热循环泵、地下水换热循环泵、热管式换热器、地下供回水管，所述供热循环泵、地下水换热循环泵分别通过管道连接水源热泵机组，地下水换热循环泵连接地下供回水管，所述地下供回水管通过螺旋缠绕的方式贴附在热管式换热器的热管本体外壁上部。

上述技术方案中，所述热管式换热器包括为封闭式的热管本体、导液芯和热管导热工质，导液芯紧贴热管本体内壁，热管导热工质填充在导液芯内。

上述技术方案中，所述热管式换热器还包括翅片，所述翅片贴附在热管式换热器的热管本体外壁，位于热管式换热器的下部。

上述技术方案中，所述热管式换热器放置在中深层换热井中。

上述技术方案中，所述中深层换热井深度为2000～4000米。

上述技术方案中，所述热管式换热器为一组。

上述技术方案中，所述热管式换热器至少两组，每组热管式换热器采用并联方式通过管路连接水源热泵机组。

本实用新型具有以下特点及有益效果：

1、减少打井数量，没有回灌风险：常规水源热泵，需要抽取地下水，回灌时需要单独设置多口回灌井来对应一口抽水井，造成打井数量过多，系统运行多年后会引起回灌困难的风险，本实用新型直接采用打井打穿隔水层顶板，深度至当地的承压水层，钻到承压水中，承压井中的水因受到静水压力的影响，可以沿钻孔上涌至相当于当地承压水位的高度；

2、传热量大，换热效率高：本实用新型采用不抽取地下水的封闭式换热形式，由于地温有随着深度增加温度升高的特点，在地热井水中设置了热管式换热器，提高换热盘管上部的取热量，使井底高温通过热管快速传递给上部井水，进一步提高上部井水温度，地下供回水管以螺旋状换热盘管的形式贴附于热管式换热器的放热段，换热盘管浸泡于水面以下吸收地热水井的热量，同还以导热的形式吸收由热管从热水井底部高温水向上传递的热量，可充分吸收地热井水的热量，最后将热量传递给热泵机组的蒸发器；

3、运行费用低，一般水源热泵需要将井水抽至地面，静水位距地面一般为几十米至几百米，循环水泵需要克服静水位至地面的高差，循环水泵扬程过大，造成运行费用过高，本实用新型为不抽取地下水的闭式循环换热系统，大大减小循环水泵的扬程，有利于降低运行能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本实用新型实施例的结构示意图。

其中，1.水源热泵机组、2.供热循环泵、3.地下水换热循环泵、4.中深层地热水井、5.热管式换热器、6.螺旋状换热盘管、7.翅片、8.导液芯、9.热管导热工质、10.地下供回水管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型专利的附图，对本实用新型专利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实用新型专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型专利保护的范围。

根据图1所示，作为实施例所示的一种中深层地热水井换热、供热系统，包括水源热泵机组、供热循环泵、地下水换热循环泵、热管式换热器、地下供回水管。

供热循环泵、地下水换热循环泵分别通过管道连接水源热泵机组，地下水换热循环泵连接地下供回水管，地下供回水管通过螺旋缠绕的方式，形成螺旋状换热盘管贴附在热管式换热器的热管本体外壁上部的放热段。地下供回水管采用这样的结构目的在于：增大进入热泵蒸发器的循环水换热量，换热盘管浸泡于水面以下吸收地热水井的热量，同还以导热的形式吸收由热管从热水井底部高温水向上传递的热量，可充分吸收地热井水的热量，最后将热量传递给水源热泵机组的蒸发器。

热管式换热器采用热管换热技术，位于热管式换热器的下部加热段，热管式换热器上端为放热段，热管式换热器包括为封闭式的热管本体、导液芯和热管导热工质、翅片，导液芯紧贴热管本体内壁，封闭式的热管本体被抽成负压后，热管导热工质填充在导液芯内，导液芯中充满液体后加以密封；翅片贴附在热管式换热器的热管本体外壁，目的是增大换热面积，增大换热量。翅片直接贴附在热管式换热器下部的热管本体壁上，地下供回水管通过螺旋缠绕的方式贴附在热管式换热器上部的热管本体壁上，螺旋状换热盘管在水中浸泡直接与地热水进行热量交换，同时由于贴附于热管式换热器的管壁。

热管式换热器放置在深度为2000～4000米为中深层换热井中，每个中深层换热井放置一组热管式换热器；实施例中，可以设置多个中深层换热井，每个中深层换热井放置一组热管式换热器，然后将中深层换热井的多个热管式换热器采用并联方式通过管路连接水源热泵机组；按照实际需要，也可以在每个中深层换热井放置两组或多组热管式换热器，以并联或串联方式连接。

中深层地热水井为承压井，打井打穿隔水层顶板，深度至当地的承压水层，钻到承压水中，承压井中的水因受到静水压力的影响，可以沿钻孔上涌至相当于当地承压水位的高度。热管式换热器放置在中深层地热水井之中，顶端置于静水位以下，底端至中深层地热水井底部。热管式换热器为较为成熟的技术，换热原理为：在热管式换热器的加热段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的放热段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力和重力的作用下，液体回流到底部蒸发段，这样就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从井底加热段传到井水上部放热段。

水源热泵机组蒸发器出来的换热介质经过地下供回水管进入螺旋螺旋状换热盘管吸取地下井水和热管式换热器的热量，再由地下水换热循环泵打入热泵机组的蒸发器，形成地热水井换热的闭式循环。地热水井换热的闭式循环中，地下水换热循环泵需要克服水源热泵机组蒸发器、地下供回水管和供回水管道形成螺旋状螺旋状换热盘管三个部分的阻力，从水源热泵机组蒸发器出来的换热介质经过地下供回水管进入螺旋螺旋状换热盘管在由地下水换热循环泵打入热泵机组的蒸发器。

用户侧回水通过供热循环泵送入内切换热泵机组的冷凝器，吸取冷凝器的放热，加热到用户需求的供热温度后由管道送入用户侧末端系统实现供热。

以上所述，仅为本实用新型专利的具体实施方式，但本实用新型专利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实用新型专利揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种中深层地热水井换热、供热系统，其特征在于：包括水源热泵机组、供热循环泵、地下水换热循环泵、热管式换热器、地下供回水管，所述供热循环泵、地下水换热循环泵分别通过管道连接水源热泵机组，地下水换热循环泵连接地下供回水管，所述地下供回水管通过螺旋缠绕的方式贴附在热管式换热器的热管本体外壁上部。

2.根据权利要求1所述一种中深层地热水井换热、供热系统，其特征在于：所述热管式换热器包括为封闭式的热管本体、导液芯和热管导热工质，导液芯紧贴热管本体内壁，热管导热工质填充在导液芯内。

3.根据权利要求2所述一种中深层地热水井换热、供热系统，其特征在于：所述热管式换热器还包括翅片，所述翅片贴附在热管式换热器的热管本体外壁，位于热管式换热器的下部。

4.根据权利要求2所述一种中深层地热水井换热、供热系统，其特征在于：所述热管式换热器放置在中深层换热井中。

5.根据权利要求2所述一种中深层地热水井换热、供热系统，其特征在于：所述中深层换热井深度为2000～4000米。

6.根据权利要求4所述一种中深层地热水井换热、供热系统，其特征在于：所述热管式换热器为一组。

7.根据权利要求4所述一种中深层地热水井换热、供热系统，其特征在于：所述热管式换热器至少两组，每组热管式换热器采用并联方式通过管路连接水源热泵机组。