CN214746553U - 一种用于中深层地热井的多套管式换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于中深层地热井的多套管式换热器，包括埋于井下200m以上的浅层地热换热器和埋于井下3000m以上的中深层地热换热器；所述中深层地热换热器和所述浅层地热换热器均设有内套管和外套管，所述浅层地热换热器套在所述中深层地热换热器的外面。本实用新型可使中深层地热井兼顾供冷供暖需求，实现冬季供热以及夏季供冷功能，提升中深层地热井的利用率；能够提升地热冷热平衡效果，夏季浅层地热能够作为地源热泵热汇，将热能蓄存在浅层地层中，冬季中深层地热上段可作为地源热泵热源，通过中深层地热换热器提取，从而实现中深层地热上段的地热蓄存平衡，改善中深层地热上段的地热利用效果；经济效益高。
Description
技术领域
本实用新型涉及浅层地热与中深层地热综合开发与利用技术领域，特别是一种用于中深层地热井的多套管式换热器。
背景技术
我国地热资源储量丰富，其开发利用对于节能减排具有重要的意义。目前我国地热资源开发规模位居世界前列，地热供暖面积保持世界首位。近期，新增地热供暖(制冷)面积将达到11亿m2，而中深层地热供暖面积预计增加4亿m2。随着可再生能源研究的启动，高质量地热能开发利用将成为新的发展思路。
中深层地热能主要指地下200m到3000m之间地层所蕴含的地热资源，地热温度一般在50℃以上，地下2000m以下岩体温度可达70℃且温度稳定，因此中深层地热具有较好的供热效果。常规的中深层地热利用方式有“取热取水”型与“取热不取水”型。一般情况下实现同层或异层的完全回灌比较困难，实际应用中用户只能实现部分回灌或不回灌，因此会造成地下水位逐年下降直至无法开采或弃井的后果。目前有关部门已经禁止直接开采中深层地下水资源。针对“取热不取水”型地热利用方式，目前闭式深井换热可以通过深井换热器中的循环工质向岩土取热，这与开采中深层水热型地热资源相比，不受地热水资源地域性限制，适用性更广，且实现“取热不取水”，彻底解决了回灌不利引发的诸多环境问题，符合可持续发展的理念。
考虑到中深层地热热源温度情况，目前中深层地热主要用于供暖，然而过度的单向取热必然无法做到热量的蓄放平衡，对地热恢复生产不利。此外中深层地热也无法实现夏季供冷，中深层地热资源与浅层地热资源独立开发利用的模式降低了中深层地热的利用价值。针对上述问题，陶鹏飞等人发明了《一种中深层与浅层地热能联合供热与浅层得热能补热系统》，黄贤闯等人在论文《中深层地热资源在供暖中的应用及符合调峰方法分析》中提出了深浅井结合的供热供冷式系统，然而上述系统为了兼顾供冷供热目的，需要同时开采中深层地热井与浅层地热井，因此会带来初投资过高的问题。
为了解决上述问题，井下换热器的设计至关重要。通过公开专利文献的检索发现，目前双套管式换热器在中深层地热利用中应用广泛。进一步地，通过对双套管式换热器的改进，发展出了中深层地热井内换热蓄热器，内径占比可变的中深层井下换热器。但上述井下换热器均无法实现不同深度的能量提取。因此设计一种同井取热/取冷的浅层与中深层耦合地热井下换热器，对于提升中深层地热井利用价值具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于中深层地热井的多套管式换热器，能够在同一口中深层地热井中实现冬季取热、夏季取冷，实现中深层地热井的可持续开发利用，提升其综合利用价值。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于中深层地热井的多套管式换热器，包括埋于井下200m以上的浅层地热换热器和埋于井下3000m以上的中深层地热换热器；所述中深层地热换热器包括下端开口的内套管Ⅰ和下端封闭的外套管Ⅰ，所述内套管Ⅰ插在所述外套管Ⅰ内，二者之间形成环形空间Ⅰ、底端设有间隔，在所述内套管Ⅰ的上端设有介质出口Ⅰ，在所述外套管Ⅰ的上端设有与所述环形空间Ⅰ连通的介质进口Ⅰ；所述浅层地热换热器包括下端开口的内套管Ⅱ和下端封闭的外套管Ⅱ，所述内套管Ⅱ套在所述外套管Ⅰ的外面，二者之间形成环形空间Ⅱ，所述外套管Ⅱ套在所述内套管Ⅱ的外面，二者底端设有间隔，二者之间形成环形空间Ⅲ，所述外套管Ⅱ的底部封闭在所述外套管Ⅰ的外侧面上，在所述内套管Ⅱ的上端设有与所述环形空间Ⅱ连通的介质出口Ⅱ，在所述外套管Ⅱ的上端设有与所述环形空间Ⅲ连通的介质进口Ⅱ；所述内套管Ⅰ和所述内套管Ⅱ均为绝热管，所述外套管Ⅰ和所述外套管Ⅱ均为导热管。
所述内套管Ⅰ和所述外套管Ⅰ长度为1000-3000m。
所述内套管Ⅱ和所述外套管Ⅱ长度为100-200m。
所述外套管Ⅰ和所述外套管Ⅱ均采用钢管。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
1)可使中深层地热井兼顾供冷供暖需求，保证中深层地热井同时实现冬季供热以及夏季供冷功能，提升中深层地热井的利用率。
2)提升地热冷热平衡效果，夏季浅层地热能够作为地源热泵热汇，通过浅层地热换热器将热能蓄存在浅层地层中，冬季中深层地热上段(0-200m)可作为地源热泵热源，通过中深层地热换热器提取，从而可以实现中深层地热上段的地热蓄存平衡，改善中深层地热上段的地热利用效果。
3)经济效益高，首先改善地热井的冷热平衡有利于提升热泵机组的运行能效，因此可以降低系统运行费用。此外，可以减少用于夏季供冷的冷却塔或浅层地热井的初投资。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面示意图；
图3为图1的B-B剖面示意图。
图中：1、内套管Ⅰ；2、外套管Ⅰ；3、内套管Ⅱ；4、外套管Ⅱ；5、介质出口Ⅰ；6、介质进口Ⅰ；7、介质出口Ⅱ；8、介质进口Ⅱ；9、混凝土；10、岩土层。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图3，一种用于中深层地热井的多套管式换热器，包括埋于井下200m
以上的浅层地热换热器和埋于井下3000m以上的中深层地热换热器，所述中深层地热换热器包括下端开口的内套管Ⅰ1和下端封闭的外套管Ⅰ2，所述内套管Ⅰ1插在所述外套管Ⅰ2内，二者之间形成环形空间Ⅰ、底端设有间隔，在所述内套管Ⅰ1的上端设有介质出口Ⅰ5，在所述外套管Ⅰ2的上端设有与所述环形空间Ⅰ连通的介质进口Ⅰ6；所述浅层地热换热器包括下端开口的内套管Ⅱ3和下端封闭的外套管Ⅱ4，所述内套管Ⅱ3套在所述外套管Ⅰ2的外面，二者之间形成环形空间Ⅱ，所述外套管Ⅱ4套在所述内套管Ⅱ3的外面，二者底端设有间隔，二者之间形成环形空间Ⅲ，所述外套管Ⅱ4的底部封闭在所述外套管Ⅰ2的外侧面上，在所述内套管Ⅱ3的上端设有与所述环形空间Ⅱ连通的介质出口Ⅱ7，在所述外套管Ⅱ4的上端设有与所述环形空间Ⅲ连通的介质进口Ⅱ8；所述内套管Ⅰ1和所述内套管Ⅱ3均为绝热管，所述外套管Ⅰ2和所述外套管Ⅱ4均为导热管。
在本实施例中，推荐所述内套管Ⅰ1和所述外套管Ⅰ2长度为1000-3000m；所述内套管Ⅱ3和所述外套管Ⅱ4长度为100-200m。推荐所述外套管Ⅰ2和所述外套管Ⅱ4均采用钢管，方便易得。
使用时，采用混凝土9将上述多套管式换热器浇筑于中深层地热井中，将介质出口Ⅰ5和介质进口Ⅰ6与地源热泵机组蒸发器连接，将介质出口Ⅱ7和介质进口Ⅱ8与热泵机组冷凝器连接。
在冬季供暖时，地源热泵机组蒸发器从中深层地热换热器中吸收热量，具体换热过程为：来自地源热泵蒸发器的低温循环介质从介质进口Ⅰ6进入环形空间Ⅰ，随着循环介质向下流动，循环介质不断吸收井外岩土层10的热量，温度不断升高，循环介质到达外套管Ⅰ2底部后，从内套管Ⅰ1向上流动，从介质出口Ⅰ5流出；内套管Ⅰ1采用复合绝热材料，可以减少内套管Ⅰ1内的高温循环介质与环形空间Ⅰ内的低温循环介质的热量传递，避免“热短路”现象。从内套管Ⅰ1中流出的循环介质温度高于15℃，可以作为地源热泵系统的热源。
在夏季供冷时，地源热泵机组冷凝器从浅层地热换热器中吸收冷量，具体换热过程为：来自地源热泵冷凝器的高温循环介质从介质进口Ⅱ8进入环形空间Ⅲ，随着介质往下流动，高温循环介质不断被岩土层10冷却，温度不断下降。循环介质到达外套管Ⅱ4底部后，从环形空间Ⅱ向上流动，从介质出口Ⅱ7流出。从环形空间Ⅱ内流出的循环介质温度低于25℃，可以作为地源热泵的热汇。
上述多套管式换热器可以在不大幅增加初投资的基础上，扩展中深层地热井的供冷功能，提升了中深层地热井的综合利用价值。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于中深层地热井的多套管式换热器，其特征在于，包括埋于井下200m以上的浅层地热换热器和埋于井下3000m以上的中深层地热换热器；
所述中深层地热换热器包括下端开口的内套管Ⅰ和下端封闭的外套管Ⅰ，所述内套管Ⅰ插在所述外套管Ⅰ内，二者之间形成环形空间Ⅰ、底端设有间隔，在所述内套管Ⅰ的上端设有介质出口Ⅰ，在所述外套管Ⅰ的上端设有与所述环形空间Ⅰ连通的介质进口Ⅰ；
所述浅层地热换热器包括下端开口的内套管Ⅱ和下端封闭的外套管Ⅱ，所述内套管Ⅱ套在所述外套管Ⅰ的外面，二者之间形成环形空间Ⅱ，所述外套管Ⅱ套在所述内套管Ⅱ的外面，二者底端设有间隔，二者之间形成环形空间Ⅲ，所述外套管Ⅱ的底部封闭在所述外套管Ⅰ的外侧面上，在所述内套管Ⅱ的上端设有与所述环形空间Ⅱ连通的介质出口Ⅱ，在所述外套管Ⅱ的上端设有与所述环形空间Ⅲ连通的介质进口Ⅱ；
所述内套管Ⅰ和所述内套管Ⅱ均为绝热管，所述外套管Ⅰ和所述外套管Ⅱ均为导热管。
2.根据权利要求1所述的用于中深层地热井的多套管式换热器，其特征在于，所述内套管Ⅰ和所述外套管Ⅰ长度为1000-3000m。
3.根据权利要求1所述的用于中深层地热井的多套管式换热器，其特征在于，所述内套管Ⅱ和所述外套管Ⅱ长度为100-200m。
4.根据权利要求1所述的用于中深层地热井的多套管式换热器，其特征在于，所述外套管Ⅰ和所述外套管Ⅱ均采用钢管。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115060013A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-09-16 | 西安交通大学 | 一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置 |
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2021
- 2021-03-03 CN CN202120459648.0U patent/CN214746553U/zh active Active
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