CN209263397U - 一种中深层地热井取热不取水型高效换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利提供了一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，包括外套管、内套管，所述外套管底端及侧壁封闭，内套管置于外套管内，内套管底部开口与外套管联通，内套管外侧与外套管内侧形成横截面为环状的间隙，其特征在于：所述外套管内壁与内套管外壁形成粗细交替的波节形管道。本实用新型专利设计简单合理，通过外套管内壁与内套管外壁形成的粗细交替的波节形管道，实现循环介质通过环状间隙不同的横截面积时，产生明显的紊流效果，积极促进传热作用，提高了传热效率，本换热器不受地区自然环境、季节温度变化等限制，放置在深层井内部，吸收温度稳定、热量充足的大地岩热，采暖效率高，可大范围推广使用。

Description

一种中深层地热井取热不取水型高效换热器

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井取热不取水型高效换热器。

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。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。

国内目前中深层地热能的开发为两种模式，一是开采抽取地下热水模式，即从数十米至数千米深的地下将热水抽出，再经过地面设置的换热系统将热能提取，该模式对地下水消耗过大，热水在抽取到地面的过程中消耗热能多，资源利用率低，且回灌困难等问题对环境造成很大影响，现已不提倡；二是无干扰地热模式，该模式就是取热不取水，通过钻井向地下深部热储层钻孔，然后在孔中放置换热器，通过介质在换热器内循环吸热，经过介质在同心管换热器中的循环，将地层的热量导出，带上地面利用。

第一种利用方式直接抽取地下热水利用后,将地热尾水直接排放或回灌，但目前地下回灌技术仍不成熟，回灌率偏低，造成水资源和热资源的浪费，大量无节制的开采地下水也容易引起地面塌陷等地质灾害，所以为了保护地下热水资源,防止过渡开采地下水引起的次生灾害，一些地方政府主管部门已经禁止直接开采地下水资源了，这对该模式的中深层地热能的发展是一个阻碍，为了保护地下水资源，并且对地热能持续利用，现在地热利用领域主导技术为无干扰地热模式，对于中深层地热井使用的无干扰地热利用现有技术方案，如图1 所示，一般包括进水管、出水管、外套管、内套管等,外套管与外套管底端及侧壁封闭，内套管置于外套管内，内套管底部开口与外套管联通，内套管外侧与外套管内侧形成环状间隙，换热介质从外管与内管之间的环状间隙往下流动，经过地层提取热量温度升高后，介质从内管向上流动，在地面进行利用。

根据图1所示，但现有技术的中深层无干扰地热系统换热器为同芯管换热器，其内管和外管均为光滑的石油套管，换热介质从外管与内管之间的环状间隙向下流动，经过换热后从内管返回，整个换热过程较为平静，换热效率不高，扰动作用不强，不能将地下的热资源更高效地提取出来。

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井取热不取水型高效换热器，在无干扰地热利用模式中使用，实现介质高效、充分与高温地层进行换热。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，包括外套管、内套管，所述外套管底端及侧壁封闭，内套管置于外套管内，内套管底部开口与外套管联通，内套管外侧与外套管内侧形成横截面为环状的间隙，所述外套管内壁与内套管外壁之间形成使得其间的介质实现扰流效应的扰流结构。

上述技术方案中，所述外套管内壁与内套管外壁之间形成粗细交替的波节形管道。

上述技术方案中，所述外套管内壁和内套管内、外壁的表面分别涂设隔热保温涂层。

上述技术方案中，所述内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为锯齿状结构，由若干组矩形波峰段与矩形波谷段交替排列组成。

上述技术方案中，所述内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为锯齿状结构，由若干组梯形波峰段与梯形波谷段交替排列组成。

上述技术方案中，所述外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为锯齿状结构，由若干组矩形波峰段与矩形波谷段交替排列组成。

上述技术方案中，所述外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为锯齿状结构，由若干组梯形波峰段与梯形波谷段交替排列组成。

上述技术方案中，所述内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为波浪状，由若干组波形波峰段与波形波谷段交替排列组成。

上述技术方案中，所述外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为由若干组波形波峰段与波形波谷段交替排列组成。

本实用新型专利设计简单合理，通过外套管内壁与内套管外壁形成的粗细交替的波节形管道，实现循环介质通过环状间隙不同的横截面积时，产生明显的紊流效果，当介质在环状间隙波峰段流动时，其横截面积大，流速较低，压力减小；当流动到波谷段，流速较快，压力较大，介质反复流经波峰段与波谷段，产生较大的扰动和明显的紊流效果，积极促进传热作用，提高了传热效率，本换热器不受地区自然环境、季节温度变化等限制，放置在深层井内部，吸收温度稳定、热量充足的大地岩热，采暖效率高，可大范围推广使用。

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为现有技术的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的结构截面图。

图3为本实用新型实施例的结构截面图。

其中，1外套管、2外套管波峰段、3外套管波谷段、4内套管、 5固井水泥、6岩层。

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2、图3所示，作为实施例所示的一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，安装于地热井中，换热介质通过同芯管循环吸收地层中的热量，包括外套管、内套管，外套管底端及侧壁封闭，内套管置于外套管内，内套管底部开口与外套管联通，内套管外侧与外套管内侧形成横截面为环状的间隙，外套管内壁与内套管外壁之间形成使得其间的介质实现扰流效应的扰流结构。该扰流结构是在外套管内壁与内套管外壁之间形成粗细交替的波节形管道，外套管内壁和内套管内、外壁的表面分别涂设隔热保温涂层，防止介质通过内管向上流动式的热散失。

通过如下几种扰流结构的实施例方式实现外套管内壁与内套管外壁形成粗细交替的波节形管道：

1、内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为锯齿状结构，由若干组矩形波峰段与矩形波谷段交替排列组成。

2、内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为锯齿状结构，由若干组梯形波峰段与梯形波谷段交替排列组成。

3、外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为锯齿状结构，由若干组矩形波峰段与矩形波谷段交替排列组成。

4、外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为锯齿状结构，由若干组梯形波峰段与梯形波谷段交替排列组成。

对于上述一、二两种实现方式，外套管可以采用不同直径的管材焊接而成，形成的锯齿状结构的波峰段与波谷段。

对于上述三、四两种实现方式，内套管外壁可以采用不同直径的管材焊接而成，形成的锯齿状结构的波峰段与波谷段。

5、内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为波浪状，由若干组波形波峰段与波形波谷段交替排列组成。

6、外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为由若干组波形波峰段与波形波谷段交替排列组成。

对于上述两种实现方式，可以对内套管或外套管进行特殊工艺的加工处理，实现外套管中存在不同直径段，形成的形波结构的波峰段与波谷段。

安装本实用新型时，将外套管通过固井水泥固定在岩层上，内套管置入外套管中，其他接入进水管和出水管的方式属于本领域常用技术，在此不再赘述。

本发明的原理为：循环介质为水或其他可携热介质，介质从环状间隙向下流动，通过周围地层吸收热量，到达底部，进入内套管，向上流动，最终到地面系统，在地面加以利用，利用后的介质再次从环状间隙往下流动，如此循环吸热。整个系统只取热不取水，对地下水资源无干扰。

当流体介质通过环状间隙不同的横截面积时，产生明显的紊流效果，当介质在环状间隙波峰段流动时，其横截面积大，流速较低，压力减小；当流动到波谷段，流速较快，压力较大，介质反复流经波峰段与波谷段，产生较大的扰动和明显的紊流效果，对传热是个积极的促进作用，提高了传热效率。

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 (9)

1.一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，包括外套管、内套管，所述外套管底端及侧壁封闭，内套管置于外套管内，内套管底部开口与外套管联通，内套管外侧与外套管内侧形成横截面为环状的间隙，其特征在于：所述外套管内壁与内套管外壁之间形成使得其间的介质实现扰流效应的扰流结构。

2.根据权利要求1所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述扰流结构为在外套管内壁与内套管外壁之间设置粗细交替的波节形管道。

3.根据权利要求1或2所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述外套管内壁和内套管内、外壁的表面分别涂设隔热保温涂层。

4.根据权利要求3所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为锯齿状结构，由若干组矩形波峰段与矩形波谷段交替排列组成。

5.根据权利要求1或2所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为锯齿状结构，由若干组梯形波峰段与梯形波谷段交替排列组成。

6.根据权利要求1或2所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为锯齿状结构，由若干组矩形波峰段与矩形波谷段交替排列组成。

7.根据权利要求1或2所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为锯齿状结构，由若干组梯形波峰段与梯形波谷段交替排列组成。

8.根据权利要求1或2所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述内套管为同一直径尺寸的直管，外套管内壁为波浪状，由若干组波形波峰段与波形波谷段交替排列组成。

9.根据权利要求1或2所述一种中深层地热井取热不取水型高效换热器，其特征在于：所述外套管为同一直径尺寸的直管，内套管内壁为同一直径尺寸的直管，外壁为由若干组波形波峰段与波形波谷段交替排列组成。