CN215372648U - 一种地热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利提供了一种地热利用系统，包括中深层地热井单元、板式换热单元、水泵运输单元、热泵机组单元、电动阀切换阀组和用户侧单元。本实用新型充分利用了现今市场上发展成熟的各种中深层地热井形式，实现中深层地热资源的循环高效利用；当中深层地热井出水温度在不同区间范围时，根据用户侧使用需求通过运行模式的自动切换使系统长期保持低能耗高效运行，提升了系统的经济效益，具有结构合理的特点，能够实现不同中深层井出水温度下的地热大温差梯级综合利用，避免热泵机组的相互耦合影响，保证供热系统的高效稳定运行，实现节能高效的清洁能源利用理念。

Description

一种地热利用系统

技术领域

本实用新型属于地热资源开发技术领域，尤其涉及用于地热换热使用热泵供热的一种地热利用系统。

背景技术

地热能作为可再生能源，有着自身独有的优势，其储量丰富、能源品位较高，能量较其他可再生能源更稳定、连续性更好，同时地热资源具有清洁、低碳、环保的优势，随着现代社会技术的高速发展，人们对能源的需求与日俱增，随之而来的是能源危机和环境污染，充分利用资源潜力巨大的地下热能，可以达到节约资源且环保的目的。

地热资源按埋深分为浅层地热，中深层和深层地热，中深层地热一般是指埋深在400m-3000m以内的地层中蕴含的地热能，目前世界上超过5000m的地热生产井很少见，在地热开发过程中，浅层地热能利用技术已经相对成熟，但浅层地热能供热量少，长期运行存在冷热不平衡问题，而对于中深层地热能，我国资源储量丰富，钻探技术也很完备，目前正成为地热能供暖领域研究的新方向；中深层地热开发技术主要分为以下两类：一类是应用于地下水源热泵的井下换热器，另一类是应用于土壤源热泵的地埋管换热器，地下水源热泵的井下换热器依靠地热井内地下水的对流换热来取热，而应用于土壤源热泵的地埋管换热器主要依靠地埋管与周围地层的导热取热，目前市场上使用较多的是U型对接式换热井和同轴套管式换热井形式，大量的工程实例表明中深层地热供暖系统应用效果较好，但由于在运行过程中可能存在出水温度及水量不稳定，无法预测，有部分衰减的现象发生，影响了热泵机组的效率，进而导致了整体供暖系统效率降低。

热泵技术是近年来地热供暖的一门新技术，它可以将无法直接利用的水、空气、土壤、太阳能等低品位热能通过部分电能或其他高品位热能做功转换成可直接利用的高品位热能，热泵系统的提出实现了地热能供暖，我国地热的研究经过近50年发展也取得了显著的成果，针对中深层换热技术目前粗狂式地热利用现状，本专利提出地热梯级利用技术，包括中深层换热技术、热泵技术以及各种其他换热设备配合使用，按照梯级利用原则多级利用，有效解决地层热量运移阻力大、地热资源综合利用效率偏低的问题。

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地热利用系统，能够实现不同中深层井出水温度下的地热大温差梯级综合利用。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种地热利用系统，包括中深层地热井单元、板式换热单元、水泵运输单元、热泵机组单元、电动阀切换阀组和用户侧单元，水泵运输单元分热源侧水泵运输单元和用户侧水泵输送单元，电动阀切换阀组分为热源侧电动切换阀组和用户侧电动切换阀组，所述中深层地热井单元通过热源侧水泵运输单元分别与板式换热单元和热泵机组单元连接，板式换热单元和热泵机组单元通过用户侧水泵输送单元与用户侧单元连接；所述热源侧水泵运输单元连接热源侧电动切换阀组，用户侧水泵输送单元连接用户侧电动切换阀组，热源侧电动切换阀组包括通过管道连接的阀门V1、阀门V2、阀门V3、阀门V4、阀门V5；用户侧电动切换阀组包括通过管道连接的阀门V6、阀门V7、阀门V8、阀门V9。

上述技术方案中，所述板式换热单元与热泵机组单元连接方式为串联或并联形式连接。

上述技术方案中，所述板式换热单元包含多台以串联或并联形式连接的板式换热器，板式换热器一次侧出水口通过热源侧电动切换阀组与中深层地热井单元进水口以及热泵机组单元蒸发器进水口连接；所述水泵运输单元包含多台连接阀门的水泵。

上述技术方案中，所述中深层地热井单元可以包含有N对对接井组，N≥1。

上述技术方案中，所述中深层地热井单元包括抽采回灌井组或同心管换热井组。

上述技术方案中，所述同心管换热井组井深不小于2000m。

上述技术方案中，所述抽采回灌井组井深100m以上。

上述技术方案中，所述热泵机组单元根据系统大小可能包含单台或多台热泵机组，热泵机组之间以并联形式连接，然后通过电动切换阀组与中深层地热井单元、热泵机组单元及用户侧单元系统单元连接。

本实用新型充分利用了现今市场上发展成熟的各种中深层地热井形式，其中同心管换热井或对接井组的套管式换热器，实现了“取热不取水”，绿色环保；抽采回灌井组，加强了地下水的强制渗流和土壤换热效率，总体实现了中深层地热资源的循环高效利用；当中深层地热井出水温度在不同区间范围时，根据用户侧使用需求通过运行模式的自动切换使系统长期保持低能耗高效运行，提升了系统的经济效益，具有结构合理的特点，能够实现不同中深层井出水温度下的地热大温差梯级综合利用，避免热泵机组的相互耦合影响，保证供热系统的高效稳定运行，实现节能高效的清洁能源利用理念。

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为本实用新型的系统结构示意图；

图中：1中深层地热井单元、2热源侧水泵运输单元、3热泵机组单元、4板式换热单元、51阀门V1、52阀门V2、53阀门V3、54阀门V4、55阀门V5、61阀门V6、62阀门V7、63阀门V8、64阀门V9、7用户侧水泵输送单元、8用户侧单元、9温度传感器、10除砂器。

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地热利用系统，包括中深层地热井单元、板式换热单元、水泵运输单元、热泵机组单元、电动阀切换阀组和用户侧单元。

电动阀切换阀组分为热源侧电动切换阀组和用户侧电动切换阀组，热源侧电动切换阀组包括通过管道连接的阀门V1、阀门V2、阀门V3、阀门V4、阀门V5；用户侧电动切换阀组包括通过管道连接的阀门V6、阀门V7、阀门V8、阀门V9。

水泵运输单元分热源侧水泵运输单元和用户侧水泵输送单元，中深层地热井单元出口处连接除砂器和温度传感器，中深层地热井单元通过热源侧水泵运输单元分别与板式换热单元和热泵机组单元连接，板式换热单元和热泵机组单元通过用户侧水泵输送单元与用户侧单元连接，板式换热单元与热泵机组单元连接方式为串联或并联形式连接。板式换热单元包含多台以串联或并联形式连接的板式换热器，板式换热器一次侧出水口通过热源侧电动切换阀组与中深层地热井单元进水口以及热泵机组单元蒸发器进水口连接；水泵运输单元包含多台连接阀门的水泵。

中深层地热井单元可以包含有N对对接井组，N对抽采回灌井组或N口同心管换热井组，N≥1，同心管换热井组井深不小于2000m，抽采回灌井组井深100m以上。热泵机组单元根据系统大小可能包含单台或多台热泵机组，热泵机组之间以并联形式连接，然后通过电动切换阀组与中深层地热井单元、热泵机组单元及用户侧单元系统单元连接，具体串联或并联的连接方式为本领域技术人员的常规手段。

本实用新型的原理是通过中深层地热井单元进水管进入井内的工作介质与地热进行热交换后通过出水管进入板式换热单元或热泵机组单元，出水管内的工作介质温度为不低于10℃。

本实用新型根据用户侧以及中深层地热井水温自动切换的运行模式主要包括如下几种运行模式：

模式A、非采暖季供生活热水：当中深层地热井单元上的温度传感器监测到出水温度大于55℃时，热源侧开启电动阀V2、V3，关闭电动阀V1、V4、V5；用户侧开启电动阀V7，关闭电动阀V6、V8、V9；中深层换热井单元内的高温工作介质通过板式换热单元换热，向用户侧单元提供55-60℃生活热水；

模式B、采暖季供暖模式1：当中深层地热井单元上的温度传感器监测到出水温度范围在40-55℃时，热源侧开启电动阀V2、V3，关闭电动阀V1、V4、V5；用户侧开启电动阀V7，关闭电动阀V6、V8、V9；中深层换热井单元内的高温工作介质通过板式换热单元进行换热，向用户侧单元提供40-55℃采暖热水；

模式C、采暖季供暖模式2：当中深层地热井单元上的温度传感器监测到出水温度范围在30-40℃时，热源侧开启电动阀V2、V4、V5，关闭电动阀V1、V3；用户侧开启电动阀V6、V8，关闭电动阀V7、V9；中深层换热井单元内的高温工作介质先进入板式换热单元进行换热后降低至20-30℃进入热泵机组进行二次换热，水温降至10-20℃回水至中深层换热井单元，向用户提供40-55℃采暖热水；

模式D、采暖季供暖模式3：当中深层地热井单元上的温度传感器监测到出水温度范围在30℃以下时，热源侧开启电动阀V1、V5，关闭电动阀V2、V3、V4；用户侧开启电动阀V6、V9，关闭电动阀V7、V8；中深层换热井单元内的高温工作介质直接进入热泵机组进行换热，水温降至10-20℃回水至中深层换热井单元，向用户提供40-55℃采暖热水。

模式B、模式C、模式D根据中深层井出水温度及供能需要选择运行模式自动切换模式A、模式B、模式C、模式D，保证不同温度梯度的中深层地热在寿命期内均能被有效利用，同时降低电耗。

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 (8)

1.一种地热利用系统，其特征在于：包括中深层地热井单元、板式换热单元、水泵运输单元、热泵机组单元、电动阀切换阀组和用户侧单元，水泵运输单元分热源侧水泵运输单元和用户侧水泵输送单元，电动阀切换阀组分为热源侧电动切换阀组和用户侧电动切换阀组，所述中深层地热井单元通过热源侧水泵运输单元分别与板式换热单元和热泵机组单元连接，板式换热单元和热泵机组单元通过用户侧水泵输送单元与用户侧单元连接；所述热源侧水泵运输单元连接热源侧电动切换阀组，用户侧水泵输送单元连接用户侧电动切换阀组，热源侧电动切换阀组包括通过管道连接的阀门V1、阀门V2、阀门V3、阀门V4、阀门V5；用户侧电动切换阀组包括通过管道连接的阀门V6、阀门V7、阀门V8、阀门V9。

2.根据权利要求1所述一种地热利用系统，其特征在于：所述板式换热单元与热泵机组单元连接方式为串联或并联形式连接。

3.根据权利要求2所述一种地热利用系统，其特征在于：所述板式换热单元包含多台以串联或并联形式连接的板式换热器，板式换热器一次侧出水口通过热源侧电动切换阀组与中深层地热井单元进水口以及热泵机组单元蒸发器进水口连接；所述水泵运输单元包含多台连接阀门的水泵。

4.根据权利要求1所述一种地热利用系统，其特征在于：所述中深层地热井单元可以包含有N对对接井组，N≥1。

5.根据权利要求1所述一种地热利用系统，其特征在于：所述中深层地热井单元包括抽采回灌井组或同心管换热井组。

6.根据权利要求5所述一种地热利用系统，其特征在于：所述同心管换热井组井深不小于2000m。

7.根据权利要求5所述一种地热利用系统，其特征在于：所述抽采回灌井组井深100m以上。

8.根据权利要求6或7任一所述一种地热利用系统，其特征在于：所述热泵机组单元根据系统大小包含单台或多台热泵机组，热泵机组之间以并联形式连接，然后通过电动切换阀组与中深层地热井单元、热泵机组单元及用户侧单元系统单元连接。

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