CN215809409U - 一种取热不取水井口分流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种取热不取水井口分流装置，包括腔体、悬挂体和中心管，腔体的上下两端均敞口，其上设有至少一个内外贯穿的进水口；中心管竖直安装在腔体内，其上下两端均敞口，且其与腔体之间形成分流腔；悬挂体可拆卸的安装在腔体的上端，其上设有上下贯穿的通道，通道与中心管的上端固定连接并连通。本实用新型的有益效果是将井下换热系统的进水路和出水路隔离，实现井下水流循环，循环的过程中采集地下深部岩层热储中的热量，从而实现只取热不取水；另外，结构简单，设计合理，可有效延长设备的使用寿命，且可获得研究中深层地热变化规律的基础数据，为后续研究中深层地埋管的换热机理提供基础数据。

Description

一种取热不取水井口分流装置

技术领域

本实用新型涉及井口分流设备技术领域，具体涉及一种取热不取水井口分流装置。

背景技术

中国地热资源分布广泛、储量丰富，但资源探明率和利用程度较低，开发利用潜力大。根据国土资源部中国地质调查局2015年调查评价结果，全国336个地级以上城市浅层地热能年可开采资源量折合7亿t标准煤；全国水热型地热资源量折合1.25万亿t标准煤，年可开采资源量折合18.65亿t 标准煤；埋深在3000～10000米的干热岩资源量折合856万亿t标准煤。多年来的实践表明，地热资源的综合开发利用，其社会、经济和环境效益均很显著，在发展国民经济中已显示出越来越重要的作用。根据国家能源局统计数据显示，截至2016年底，我国北方地区城乡建筑供暖总面积约206亿平方米，其中，城镇建筑供暖面积141亿平方米，农村建筑供暖面积65亿平方米。经统计，清洁能源供暖面积仅占总供暖面积34％，而地热清洁能源合计仅占4％。虽然近年来地热供暖增长率均在20％以上，但相对应用地热供暖面积仍较小，距离国家地热十三无五规划要求还有相当距离，其主要原因是传统的采热技术落后，主要是水热型，即通过钻孔抽水的方式开采地热能，采用“一采一灌”、“二采三灌”等技术，实现了同层回灌。但我国大部分地区地热储层的岩性为砂岩，砂岩含水层富水性相对较小，水力连通性较差，很难实现100％回灌，许多地区无序开采，到处排放地热水资源，致使地下热水水位连年下降，对环境造成严重影响，同时也会引起潜在地质灾害问题。

针对以上问题，我们研发出一套中深层地热“取热不取水”技术，既可以保护地下水，又可以有效利用地热供暖，该技术应用在中深层地埋管换热系统上。中深层地埋管在施工时需要钻探深层闭式换热孔，换热器埋深可达地下1000-3000m，或更深，孔内下入隔热中心管，与本装置一起组成井下同轴套管换热器，即中深层地埋管换热器。它的主要特点是，只取热不取水，因地下深层温度高、热量大、地层温度恢复快，可有效减少占地，对于建筑密度大、无法实施浅层地热能的建筑供热，可考虑使用中深层地热“取热不取水”技术开采地热能作为地源热泵供热的热源。

目前，该换热系统的井口分流装置较少，现有的井口分流装置做法简单、粗陋，只简单在井筒上焊接了两个管道接口，中间接口连接外部出水管路，套筒壁上的接口连接外部进水管路，该装置只能连接重量较轻的塑料隔热管，若中心管的材质为钢制重型，则无法连接。而且，在长期运行过程中，在水流的横向和纵向应力下，不但容易使中心管脱落，而且也容易泄露，对整个供热系统的连续性和安全性造成重大影响。现有装置往往因为进水管连接管径小影响循环水流量大小，导致地下换出热量不足，不但影响末端供暖面积，也会间接使运行费用升高。另外，在运行过程中，地层岩性温度的初始情况、运行过程的变化规律、停止供暖后地层温度的恢复情况是研究中深层地热变化规律是极其重要的基础数据，而现有装置无法安装地层测温光纤，更无法获取相关基础数据。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种取热不取水井口分流装置，旨在解决现有技术中的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种取热不取水井口分流装置，包括腔体、悬挂体和中心管，所述腔体的上下两端均敞口，其上设有至少一个内外贯穿的进水口；所述中心管竖直安装在所述腔体内，其上下两端均敞口，且其与所述腔体之间形成分流腔；所述悬挂体可拆卸的安装在所述腔体的上端，其上设有上下贯穿的通道，所述通道与所述中心管的上端固定连接并连通。

本实用新型的有益效果是：应用时，腔体的下端与井壁套管的上端固定连接并连通；使用时，在外部循环泵的驱动下，低温水流通过进水口进入腔体与中心管之间形成的分流腔向下运移；运移过程中，低温水通过井壁套管与地下热储层进行热交换，水温慢慢升高，至井底达到最大温度提升，再经中心管下端快速向上运移排出，实现只取热不取水。本实用新型将井下换热系统的进水路和出水路隔离，实现井下水流循环，循环的过程中采集地下深部岩层热储中的热量，从而实现只取热不取水；另外，该方案结构简单，设计合理，悬挂体可有效承受中心管的重量，从而有效延长设备的使用寿命。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述悬挂体呈外壁上粗下细的筒状结构，所述腔体的内壁上设有台阶，所述台阶可托住所述悬挂体粗部的下端。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，利用悬挂体与腔体结构的特殊性实现悬挂体直接置于腔体的上端，便于后续中心管的拆卸维护，操作简便。

进一步，所述台阶和所述悬挂体粗部的下端均呈坡状结构，二者相互贴合。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，利用台阶和悬挂体下端结构的特殊性实现悬挂体的安装，便于后续中心管的拆卸维护，操作简便。

进一步，所述悬挂体呈板状结构，所述腔体的上端可托住所述悬挂体。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，腔体可直接托住悬挂体，从而实现中心管的快速拆装，以便后续中心管的维护，操作简便。

进一步，所述悬挂体与所述腔体之间固定安装有密封件。

采用上述进一步方案的有益效果是设计合理，通过密封件增加悬挂体和腔体之间的密封性，从而实现进水路和出水路的相互隔离，从而实现分流，进而实现井下只取热不取水。

进一步，还包括腔盖，所述腔盖可拆卸的覆盖在所述腔体的上端，其上设有出水口。

采用上述进一步方案的有益效果是通过腔盖出水口与腔体进水口实现系统进出水有效分流，便于与热泵系统连接实现循环环路。

进一步，所述腔盖上还设有内温度测量接口。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，通过内温度测量接口可安装测温件例如测温光纤，可获得研究中深层地热变化规律的基础数据，为后续研究中深层地埋管的换热机理提供基础数据。

进一步，所述腔盖和所述腔体之间固定安装有密封垫片。

采用上述进一步方案的有益效果是通过垫片可增加腔体和腔盖之间的密封性，避免高温水流泄露而造成能源浪费。

进一步，所述出水口和/或所述进水口分别固定安装有接口法兰。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，方便连接管路，拆装方便。

进一步，所述进水口的数量为多个，其中一个所述进水口处设有外温度测量接口。

采用上述进一步方案的有益效果是通过设置多个进水口增加了进口总体过水面积，减少了局部阻力大、管径小造成的节流现象；另外，结构简单，计合理，通过外温度测量接口可安装测温件例如测温光纤，可获得研究中深层地热变化规律的基础数据，为后续研究中深层地埋管的换热机理提供基础数据。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、腔体；2、悬挂体；3、中心管；4、进水口；5、腔盖；6、出水口； 7、内温度测量接口；8、密封垫片；9、接口法兰；10、外温度测量接口； 11、密封圈。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种取热不取水井口分流装置，包括腔体 1、悬挂体2和中心管3，腔体1的上下两端均敞口，其上设有至少一个内外贯穿的进水口4；中心管3竖直安装在腔体1内，其上下两端均敞口，且其与腔体1之间形成分流腔；悬挂体2可拆卸的安装在腔体1的上端，其与腔体1的内壁紧密贴合，且其上设有上下贯穿的通道，通道与中心管3的上端固定连接并连通，通常采用丝扣连接。应用时，腔体1的下端与井壁套管的上端固定连接并连通；使用时，在外部循环泵的驱动下，低温水流通过进水口4进入腔体1与中心管3之间形成的分流腔向下运移；运移过程中，低温水通过井壁套管与地下热储层进行热交换，水温慢慢升高，至井底达到最大温度提升，再经中心管3下端快速向上运移排出，实现只取热不取水。本实用新型将井下换热系统的进水路和出水路隔离，实现井下水流循环，循环的过程中采集地下深部岩层热储中的热量，从而实现只取热不取水；另外，该方案结构简单，设计合理，悬挂体2可有效承受中心管3的重量，从而有效延长设备的使用寿命。

基于上述方案，进水口4位于悬挂体2的下方。

另外，中心管3具有高隔热性，最大程度减少内外水流热交换造成的热损。中心管3内部的水流最终经悬挂体2、腔盖5输送至外部管路，从而为外部地源热泵供热系统提供安全、高效、绿色、稳定的热源。

实施例1

在上述结构的基础上，优选地，本实施例中，进水口4的数量为多个。该方案中，通过设置多个进水口4增加了进口总体过水面积，减少了由于局部阻力大、管径小造成的节流现象。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例中，其中一个进水口4处设有外温度测量接口10，应用时，外温度测量接口10可安装测温光纤，测温光纤的一端延伸至井底，以便测量至井底的沿程所有温度，另一端引接至机房控制系统，用于实时监测中心管3外温度和地层变化情况，为研究中深层地埋管的换热机理提供基础数据。

实施例3

在实施例2的基础上，本实施例中，为了防止外温度测量接口10处出现渗水的现象，可在外温度测量接口10处固定安装O形密封圈，增加外温度测量接口10处的密封性。

实施例4

在实施例1至实施例3任一项的基础上，本实施例中，悬挂体2呈外壁上粗下细的筒状结构，腔体1的内壁上设有台阶，台阶可托住悬挂体2粗部的下端。该方案结构简单，设计合理，利用悬挂体2与腔体1结构的特殊性实现悬挂体2直接置于腔体1的上端，便于后续中心管3的维护，操作简便。

基于上述方案，上述台阶优选设置在腔体1的内壁靠近其上端的位置。

实施例5

在实施例4的基础上，本实施例中，台阶和悬挂体2粗部的下端均呈坡状结构，二者相互贴合。该方案结构简单，设计合理，利用台阶和悬挂体2 下端结构的特殊性实现悬挂体2的安装，便于后续中心管3的维护，操作简便。

基于上述方案，由于台阶和悬挂体2粗部的下端均呈坡状结构，这种设计易于内外密封，因此悬挂体2与腔体1之间的密封性更佳。

除上述实施方式外，上述台阶和悬挂体2粗部的下端也可以采用水平的台阶，此时台阶直接托住悬挂体2即可。

实施例6

在实施例1至实施例3任一项的基础上，本实施例中，悬挂体2呈板状结构，腔体1的上端可托住悬挂体2。该方案结构简单，设计合理，腔体1 可直接托住悬挂体2，从而实现中心管3的快速拆装，以便后续中心管3的维护，操作简便。

实施例4和实施例6为并列方案，二者均可实现悬挂体2与腔体1之间的可拆卸连接，便于后续中心管3的维护。

除上述实施方式外，悬挂体2也可以采用其他安装方式，例如：

方案一：悬挂体2直接通过螺栓与腔体1的上端连接。

方案二，腔体1的上端设有凹槽，悬挂体2呈筒状结构，其可插入凹槽内，且中心管3的上端与悬挂体2固定连接，且二者之间形成容纳腔体1上端内侧的空腔。

实施例7

在上述各实施方式的基础上，本实施例中，悬挂体2与腔体1之间固定安装有密封件。该方案设计合理，通过密封件增加悬挂体2和腔体1之间的密封性，从而实现进水路和出水路的相互隔离，从而实现分流，进而实现井下只取热不取水。

实施例8

在实施例7的基础上，本实施例中，密封件包括至少一个密封圈11，密封圈11位于悬挂体2和腔体1之间，且其内侧与悬挂体2的外壁紧贴，外侧与腔体1的内壁紧贴，保证悬挂体2和腔体1之间的密封性。

实施例9

在实施例8的基础上，本实施例中，上述密封圈11的数量为多个，多个密封圈11从上至下间隔分布，进一步增加悬挂体2和腔体1之间的密封性。

优选地，本实施例中，密封圈11的数量为两个，两个密封圈11从上至下间隔分布，既可保证悬挂体2和腔体1之间的密封性，又节约成本。

实施例10

在上述各实施方式的基础上，本实施例还包括腔盖5，腔盖5可拆卸的覆盖在腔体1的上端，其上设有出水口6。使用时，通过腔盖5便于将高温出水集中收集，收集方便，以便后续使用。

基于上述方案，腔体1的上端边缘以及腔盖5的下端边缘均向外延伸，且两个延伸部之间通过多个螺栓固定连接，拆装方便，便于后续维护。

除上述实施方式外，在未设置腔盖5时，腔体1的上端可直接与外部管路连通。

实施例11

在实施例10的基础上，本实施例中，上述腔盖5采用罩体结构，其下端敞口并与腔体1的上端可拆卸连接并连通。

另外，出水口6优选位于腔盖5的一侧，便于连接外部管路。

实施例12

在实施例10至实施例11任一项的基础上，本实施例中，腔盖5上还设有内温度测量接口7，应用时，内温度测量接口7可安装测温光纤，测温光纤的一端从中心管3延伸至井底，以便测量中心管3内至井底的所有温度，另一端引接至机房控制系统，用于实时监测中心管3外内温度和地层变化情况，为研究中深层地埋管的换热机理提供基础数据。

该方案结构简单，设计合理，通过内温度测量接口7可安装测温件例如测温光纤，可获得中心管3的保温性能数据，对于研究中心管3的隔热性对井下换热作用提供基础数据。

实施例13

在实施例12的基础上，本实施例中，为了防止内温度测量接口7处出现渗水的现象，可在内温度测量接口7处固定安装O形密封圈，增加内温度测量接口7处的密封性。

实施例14

在实施例10至实施例13任一项的基础上，本实施例中，腔盖5和腔体 1之间固定安装有密封垫片8。使用时，通过密封垫片8可增加腔体1和腔盖5之间的密封性，避免高温水流泄露而造成浪费。

基于上述方案，上述密封垫片8的形状与腔盖5下端和腔体1上端的外形相匹配，例如当腔盖5的下端和腔体1的上端均呈圆环形结构时，此时密封垫片8采用环形结构，起到很好的密封效果。

实施例15

在实施例10至实施例14任一项的基础上，本实施例中，出水口6和/ 或进水口4分别固定安装有接口法兰9，结构简单，设计合理，方便连接管路，拆装方便。

实施例16

在上述各实施方式的基础上，本实施例中，上述腔体1可以采用圆管状结构，也可以采用其他适宜的几何状结构，例如矩形管状结构。

应用时，出水口6通过管路与高温水流收集设备连通，多个进水口4分别与供水设备连通，且供水设备内安装有循环泵。

本实用新型的工作原理如下：

在外部循环泵的驱动下，低温水流通过进水口4进入腔体1与中心管3 之间形成的分流腔向下运移；运移过程中，低温水通过井壁套管与地下热储层进行热交换，水温慢慢升高，至井底达到最大温度提升，再经中心管3下端快速向上运移排出，实现只取热不取水。本实用新型将井下换热系统的进水路和出水路隔离，实现井下水流循环，循环的过程中采集地下深部岩层热储中的热量，从而实现只取热不取水；另外，该方案结构简单，设计合理，悬挂体2可有效承受中心管3的重量，从而有效延长设备的使用寿命。

本实用新型提供一种专用于中深层地热“取热不取水”技术中井下换热系统的井口分流装置，其主要作用是将井下换热系统的进水路和出水路隔离，与中深层闭式井壁套管、中心管3共同形成井下循环回路，实现井下水流循环，循环的过程中采集地下深部岩层热储中的热量，从而实现只取热不取水，该井下换热系统即为单井同轴套管换热系统。该系统也称为中深层地埋管换热系统，是中深层地源热泵供热系统的重要组成部分。

另外，本实用新型所提供一种中深层地热井同轴套换热系统的井口分流装置附带测温光纤接口，尤其适用于利用中深层地热“取热不取水”技术实现为地源热泵机组供暖提供稳定、优质、免费的热源，本装置属于中深层地热、地源热泵供暖领域，属于将内外管冷热水隔离、分流的装置。

本实用新型的优势在于：

1、该装置实现了同轴套管换热器在井口的分流作用，该装置部件少、连接方便、安装简单，使用安全；

2、该装置设计合理，悬挂体2能够悬挂重量超过100吨的中心管3，在运行期间能够与建筑同寿命，具有使用寿命长、安全可靠等优点；

3、该装置通过多个进水口4，增加了进口总体过水面积，减少了局部阻力大，管径小造成的节流现象；

4、该装置增加了内外光纤测温接口，可通过安装不同测温光纤实时监测中深层地热井地层岩性温度变化和换热机理，监测中心管3的热损及质量寿命情况，方便更换具体部位。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用。

Claims (10)

1.一种取热不取水井口分流装置，其特征在于：包括腔体(1)、悬挂体(2)和中心管(3)，所述腔体(1)的上下两端均敞口，其上设有至少一个内外贯穿的进水口(4)；所述中心管(3)竖直安装在所述腔体(1)内，其上下两端均敞口，且其与所述腔体(1)之间形成分流腔；所述悬挂体(2)可拆卸的安装在所述腔体(1)的上端，其上设有上下贯穿的通道，所述通道与所述中心管(3)的上端固定连接并连通。

2.根据权利要求1所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述悬挂体(2)呈外壁上粗下细的筒状结构，所述腔体(1)的内壁上设有台阶，所述台阶可托住所述悬挂体(2)粗部的下端。

3.根据权利要求2所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述台阶和所述悬挂体(2)粗部的下端均呈坡状结构，二者相互贴合。

4.根据权利要求1所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述悬挂体(2)呈板状结构，所述腔体(1)的上端可托住所述悬挂体(2)。

5.根据权利要求2-4任一项所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述悬挂体(2)与所述腔体(1)之间固定安装有密封件。

6.根据权利要求1-4任一项所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：还包括腔盖(5)，所述腔盖(5)可拆卸的覆盖在所述腔体(1)的上端，其上设有出水口(6)。

7.根据权利要求6所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述腔盖(5)上还设有内温度测量接口(7)。

8.根据权利要求6所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述腔盖(5)和所述腔体(1)之间固定安装有密封垫片(8)。

9.根据权利要求6所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述出水口(6)和/或所述进水口(4)分别固定安装有接口法兰(9)。

10.根据权利要求1-4任一项所述的取热不取水井口分流装置，其特征在于：所述进水口(4)的数量为多个，其中一个所述进水口(4)处设有外温度测量接口(10)。

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