CN209706183U - 利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统 - Google Patents

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管争荣
张�雄
程艳芳
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Shaanxi Thermal Pipe New Energy Co Ltd
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Shaanxi Thermal Pipe New Energy Co Ltd
Xian Shiyou University
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    • Y02E10/10—Geothermal energy

Abstract

本实用新型公开一种利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，包括热管(1)、套管(2)、中心管(3)和热泵系统。利用热管将井底周围地层中的高温热量收集，通过热管的上端将该热量传热给循环介质，可大幅度的强化井筒底部的换热；利用玻纤复合中心管作为中心管可以有效的减少中心管内循环介质的散热量，可以有效提高开采出来地热能的品位；同时，利用热泵对开采出来的地热能品位进行提升重整，以满足不同的供热需求。本实用新型结合了上述两种开采方式的优点，并将其与热泵技术相结合，具有热开采效率高、运行成本低、对环境无污染以及可持续性好的特点。

Description

利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统
技术领域
本实用新型属于地热能开发技术领域，特别设计一种利用热管与玻纤复合中心管联合的地热供暖系统。
背景技术
目前，我国每年约有8％的一次化石能源用于冬季的采暖，冬季采暖所排放出的粉尘和SO2也成为了目前城市雾霾形成的主要诱因，利用地热资源进行供暖是缓解雾霾污染的有效手段。而在目前中深层地热能供暖技术中，主要采用以PE管作为中心管的无干扰开采方法，由于PE管热导率较大、循环流体在井底的易出现滞流现象等原因，造成了出口水温、热开采功率以及综合能效比低的问题。而在使用超长热管的无干扰地热开采中，由于井口与井底温差小、气液两相介质流动阻力大等原因，气相工质在提升到井口之前已经冷凝，造成了热开采功率低以及开采出来的地热能品位低差的问题。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种利用热管与中心管联合的地热供暖系统。
本实用新型公开了一种利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，包括：用于设置在地热井井底的热管，所述热管内具有换热工质；套管，其下端与所述热管的上端连接，上端形成地热井的冷循环介质入口或与地热井的冷循环介质入口连接；中心管，其安装在所述中间套管的内部，所述中心管的下端悬空设置得靠近所述热管的上端，所述中心管的上端形成地热井的热循环介质出口或与地热井的热循环介质出口连接；以及热泵系统，其包括：蒸发器，其与所述热循环介质出口以及所述冷循环介质入口连接，冷凝器，其与供暖侧回水管路以及供暖侧供水管路连接，热泵工作介质在所述蒸发器和所述冷凝器之间循环。
在一实施例中，所述中心管通过一个或多个扶正器与所述中间套管保持同心位置。
在一实施例中，所述中心管为双管夹层结构的玻纤复合管，具有内管和外管，内管和外管为PPR材质，内管和外管中间形成多层玻璃纤维保温层。
在一实施例中，在所述热管的上端设置一个或多个翅片。
在一实施例中，所述热管包括一个或多个子管，所述子管内注入作为换热工质的乙醇并抽真空密封。
在一实施例中，所述子管为钢管。
在一实施例中，在所述蒸发器与所述冷循环介质入口之间的循环管路上设置循环介质泵。
在一实施例中，所述中心管的上端高出所述套管的上端。
在一实施例中，所述热管与所述套管是一体式结构；或者所述热管与所述套管通过丝扣连接。
在一实施例中，所述热泵系统还包括压缩机和节流阀。
通过本实用新型，利用热管将井底周围地层中的高温热量收集，通过热管的上端将该热量传热给循环介质，可大幅度的强化井筒底部的换热；利用玻纤复合中心管作为中心管可以有效的减少中心管内循环介质的散热量，可以有效提高开采出来地热能的品位；同时，利用热泵对开采出来的地热能品位进行提升重整，以满足不同的供热需求。本实用新型结合了上述两种开采方式的优点，并将其与热泵技术相结合，具有热开采效率高、运行成本低、对环境无污染以及可持续性好的特点。
本实用新型的结构具有以下优点：
(1)热管可以为钢乙醇热管，真空度小，使用寿命长，对地层无污染；
(2)中心管隔热效果好、耐高温、耐高压、强度高，可实现安全可靠运行；
(3)热开采井可以采用G级固井水泥进行固井，井筒结构稳定，适应于不同地层；
(4)所述系统结构简单，便于安装、维护和操作；
(5)所述系统结合了热泵技术，可满足不同的采暖指标需求；
(6)所述系统换热强度大，提高了热开采功率。中心管散热损失小，所开采的地热能品位高，提高了系统的综合能效比；
(7)经济合理，高效环保，可持续利用特性好。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图标记：
1、热管；2、套管；3、中心管；4、扶正器；5、翅片；6、热循环介质出口；7、冷循环介质入口；8、地层；9、循环介质泵；10、蒸发器；11、节流阀；12、冷凝器；13、压缩机；BG、热泵工作介质；NH、供暖侧回水管路；NG、供暖侧供水管路。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。
本实用新型描述中使用的上、下、左、右等方位词，仅是为了结合附图描述方便，并不限定相关结构仅能处于图示方位。
一种利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，包括热管1、套管2、中心管3和热泵系统。
热管1设置在地热井井底，所述热管1内具有换热工质。
套管2的下端与所述热管1的上端连接，上端形成冷循环介质入口7或与地热井的冷循环介质入口7连接。循环介质例如为水。
中心管3安装在所述中间套管2的内部，所述中心管3的下端悬空设置得靠近所述热管1的上端，所述中心管3的上端形成地热井的热循环介质出口6或与地热井的热循环介质出口6连接。
热泵系统包括蒸发器10，其与所述热循环介质出口6以及所述冷循环介质入口7连接；冷凝器12，其与供暖侧循环以及供暖侧供水管路连接；热泵工作介质BG在所述蒸发器10和所述冷凝器12之间循环。如图1所示，热泵系统还可以包括其他组成元件，例如包括压缩机13和节流阀11，压缩机和节流阀与蒸发器和冷凝器的连接方式以及运作方式为公知，在此不再赘述。
所述中心管3通过一个或多个扶正器4与所述中间套管2保持同心位置。
所述中心管3为双管夹层结构的玻纤复合管，具有内管和外管，内管和外管为PPR材质，内管和外管中间形成多层玻璃纤维保温层。中心管3的综合热导率仅为0.03W/℃.m。这种，玻纤复合中心管隔热效果好、耐高温、耐高压、强度高，可实现安全可靠运行。
中心管3的上端高出所述套管2的上端。这样便于安装。
在所述热管1的上端设置多个翅片5，强化其与循环介质之间的换热。
所述热管1可以包括一个或多个子管，子管可以为钢管，所述子管内注入作为换热工质的乙醇并抽真空密封。这种热管的真空度小，使用寿命长，对地层无污染。这样，可以强化地热井底部的传热过程，且不会造成地层和地下水的污染。
以下介绍本实用新型的结构的安装方法：
在布置时，先采用钻机钻例如深度为2500m～3000m、直径为200mm～300mm的垂直井，在井底布置热管，例如热管可以包括垂直堆叠的若干根子管，子管中注入乙醇并抽到一定的真空度后封闭，以形成井底的热管1；下入例如的套管2，通过丝扣将热管1与套管2进行连接；进行固井(例如使用G级固井水泥)；在套管2内下入的中心管3，并通过扶正器4保持中心管3与套管2的同心性。当然，热管1与所述套管2也可以是一体式结构。
以下介绍本实用新型的结构的运行方式：
本实用新型运行时，循环介质从冷循环介质入口7进入套管2和中心管3之间的环空，在其下行过程中不断吸收地层8中的热量，同时在地热井井底吸收从所述热管1的上端尤其翅片5传递的热量，循环介质从井底处进入中心管3，从所述热循环介质出口6出来的高温热循环介质进入所述热泵系统的蒸发器10中，将热能传递给热泵工作介质后重新从冷循环介质入口7返回井筒，利用热泵系统将蒸发器10收集到的地热能品位提升后，通过冷凝器12传递给供暖系统的采暖循环水。
这里，通过热泵提升了地热能的品位，将其直接用于供暖。可以通过调整热采井的深度以及直径以适应不同供热负荷的要求。可以根据采暖热负荷的大小来确定地热井的深度，保证供暖系统的可持续性需求。热开采效率高，降低了地热能开采过程中的“火用”损失，提高了系统能效比。
在所述蒸发器10与所述冷循环介质入口7之间的循环管路上设置循环介质泵9。这样，循环介质进入蒸发器10将热量释放后，从蒸发器10出来进入循环介质泵9，加压后重新从所述冷循环介质入口7进入环空，进行循环。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，各实施例可以单独或组合使用，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本实用新型中示出的各种数值仅是示意性的，并不具有任何限定作用。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，包括：
用于设置在地热井井底的热管(1)，所述热管(1)内具有换热工质；
套管(2)，其下端与所述热管(1)的上端连接，上端形成地热井的冷循环介质入口(7)或与地热井的冷循环介质入口(7)连接；
中心管(3)，其安装在所述中间套管(2)的内部，所述中心管(3)的下端悬空设置得靠近所述热管(1)的上端，所述中心管(3)的上端形成地热井的热循环介质出口(6)或与地热井的热循环介质出口(6)连接；以及
热泵系统，其包括：
蒸发器(10)，其与所述热循环介质出口(6)以及所述冷循环介质入口(7)连接，
冷凝器(12)，其与供暖侧回水管路(NH)以及供暖侧供水管路(NG)连接，
热泵工作介质(BG)在所述蒸发器(10)和所述冷凝器(12)之间循环。
2.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，所述中心管(3)通过一个或多个扶正器(4)与所述中间套管(2)保持同心位置。
3.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，所述中心管(3)为双管夹层结构的玻纤复合管，具有内管和外管，内管和外管为PPR材质，内管和外管中间形成多层玻璃纤维保温层。
4.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，在所述热管(1)的上端设置一个或多个翅片(5)。
5.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，所述热管(1)包括一个或多个子管，所述子管内注入作为换热工质的乙醇并抽真空密封。
6.根据权利要求5所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，所述子管为钢管。
7.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，在所述蒸发器(10)与所述冷循环介质入口(7)之间的循环管路上设置循环介质泵(9)。
8.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，所述中心管(3)的上端高出所述套管(2)的上端。
9.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，所述热管(1)与所述套管(2)是一体式结构；或者所述热管(1)与所述套管(2)通过丝扣连接。
10.根据权利要求1所述的利用热管与中心管联合的中深层地热供暖系统，其特征在于，所述热泵系统还包括压缩机(13)和节流阀(11)。
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