CN215832217U - 一种梅花同轴套管深井换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及深井换热器技术领域，公开了一种梅花同轴套管深井换热器，包括护壁套管，所述护壁套管设在深井内，所述护壁套管的上端口设有井封，所述井封的端面设有梅花形通孔，所述梅花形通孔内设有相适配的同心换热外管，所述同心换热外管的下端口设有底盖，所述同心换热外管的上端口设有顶盖，所述顶盖的端面设有圆形通孔，所述圆形通孔内设有相适配的同心换热内管，所述同心换热内管的上端口设有端盖，所述端盖上设有用于热水排出的出水管，所述顶盖上设有用于冷水进入的进水管；本申请利用取热不取水的深井换热技术开采干热岩中的热量，实现了地热清洁利用，成本低，强度高，施工难度小，换热效率高，应用前景十分可观。
Description
技术领域
本实用新型涉及深井换热器技术领域，特别涉及一种梅花同轴套管深井换热器。
背景技术
随着人类对可再生能源需求的增加，地热能的规模化开发利用势在必行，而深层地热能储量丰富，具有极大的开采利用空间，深层地热资源分为水热型地热能和干热岩型地热能，水热型地热能通过直接开采地热水方式实现地热能的利用，然而近年来国家对地下水资源的保护愈加重视，水热型地热资源的开采受到制约，即便在允许开采地下水的情况下，也会由于地下资源的不确定性，迫使实际工程中不得不将水热型地热资源开采技术转化为深井换热技术，另一方面，深井换热技术的发展可对废弃的石油钻井、矿井等井中的热量加以利用，具有明显的节资环保效益。
但是现有的深井换热器的外管均为圆形，使得换热器与地热水之间的热传递时间较短，从而导致换热效果不佳，换热效率低。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种梅花同轴套管深井换热器，通过设置同心换热外管为梅花形，成本低，强度高，施工难度小，换热效率高；有效的解决了上述背景技术中提出的问题。
本实用新型采用的技术方案如下：一种梅花同轴套管深井换热器，包括护壁套管，所述护壁套管设在深井内，且护壁套管的滤孔位于地热水流动带上，所述护壁套管的上端口设有井封，所述井封的端面设有梅花形通孔，所述梅花形通孔内设有相适配的同心换热外管，且同心换热外管的下端口位于地热水流动带上，所述同心换热外管的下端口设有底盖，所述同心换热外管的上端口设有顶盖，所述顶盖的端面设有圆形通孔，所述圆形通孔内设有相适配的同心换热内管，所述同心换热内管的上端口设有端盖，所述端盖上设有用于热水排出的出水管，所述顶盖上设有用于冷水进入的进水管。
在具体设置上述井封时，考虑到地热水可能无法到达井封位置，进而使得井封两侧产生压力差，导致井封变形，所述井封的直径小于护壁套管的直径，且井封可以在护壁套管内滑动以适应地热水位高度的变化。
在具体设置上述井封时，考虑到井封与同心换热外管的密封性问题，所述井封与同心换热外管之间设有耐高温硅胶密封圈。
在具体设置上述同心换热外管时，考虑到地热水与注入水的换热效率低下的问题，所述同心换热外管包括外圆板、内圆板、斜板，所述外圆板等角度布置，所述外圆板的侧边设有指向圆心的斜板，位于空缺位置的所述斜板之间设有内圆板，所述外圆板、内圆板和斜板共同围成梅花形管状结构。
在具体设置上述同心换热外管与同心换热内管时，考虑到注入水流量对换热效率的影响，所述同心换热外管的最大外径与护壁套管内径的距离大于20mm，所述同心换热外管的最小内径与同心换热内管的外径的距离大于20mm。
在具体设置上述同心换热外管时，考虑到地热水的成分不同，为了避免腐蚀以及对地热水形成污染，所述同心换热外管的材质为不锈钢、钛合金中的一种。
在具体设置上述同心换热内管时，考虑到同心换热内管下端口与底盖之间距离对水流量的影响，所述同心换热内管的下端口与底盖之间的距离为同心换热内管的直径长度。
在具体设置上述同心换热外管与同心换热内管时，考虑到同心换热外管与同心换热内管的座入深度较深，所述同心换热外管与同心换热内管分段焊接组成，且焊口接缝高度相同，所述同心换热外管与同心换热内管的管壁厚度由上到下逐渐变厚。
本实用新型的有益效果在于：本申请通过设置同心换热内管与同心换热外管，且同心换热外管为梅花形，首先在管径不变的情况下增加换热面积，提升换热效率，其次减少了下管时的阻力，降低施工难度，另外增加了同心换热外管与护壁套管的空间，增大地热井水的流动性，有利于低温回补；本申请同心外管的材质为不锈钢、钛合金中的一种，根据地热水的成分不同进行调整，避免腐蚀，以及对井水形成污染；本申请通过限定护壁套管、同心换热外管、同心换热内管之间的距离，优化了地热水与注入水的水流量，进一步提高了换热效率；本申请同心换热外管与同心换热内管采用分段式焊接，且管壁厚度由上到下逐渐变厚，结构强度高，且进一步节省了材料成本；本申请设计合理，结构简单，安全可靠，成本低，强度高，施工难度小，换热效率高，应用前景十分可观。
附图说明
图1为本实用新型的主视剖面结构示意图。
图2为本实用新型的爆炸结构示意图。
图3为同心换热外管与同心换热内管的俯视剖面结构示意图。
图中：护壁套管1、井封2、梅花形通孔2.1、同心换热外管3、外圆板3.1、内圆板3.2、斜板3.3、底盖4、顶盖5、圆形通孔5.1、同心换热内管6、端盖7、出水管8、进水管9、耐高温硅胶密封圈10。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种梅花同轴套管深井换热器，包括护壁套管1，所述护壁套管1设在深井内，且护壁套管1的滤孔位于地热水流动带上，所述护壁套管1的上端口安装有井封2，所述井封2的端面加工有梅花形通孔2.1，所述梅花形通孔2.1内间隙配合有相适配的同心换热外管3，且同心换热外管3的下端口位于地热水流动带上，所述同心换热外管3的下端口焊接有底盖4，所述底盖4的形状与同心换热外管3的形状相同，正好可以封闭同心换热外管3的下端口，所述同心换热外管3的上端口焊接有顶盖5，所述顶盖5的端面加工有圆形通孔5.1，所述圆形通孔5.1内间隙配合有相适配的同心换热内管6，所述同心换热内管6的上端口焊接有端盖7，所述端盖7上安装有用于热水排出的出水管8，所述顶盖5上安装有用于冷水进入的进水管9，换热过程：从进水管9注入冷水介质，冷水介质经同心换热外管3进入同心换热内管6，最后经出水管8排出热水介质，在供回过程中均与地热水介质发生热交换，从而实现取热不取水的目的。
在具体设置上述井封2时，考虑到地热水可能无法到达井封2位置，进而使得井封2两侧产生压力差，导致井封2变形，所述井封2的直径小于护壁套管1的直径，且井封2可以在护壁套管1内滑动以适应地热水位高度的变化，避免井封2两侧产生压力差。
在具体设置上述井封2时，考虑到井封2与同心换热外管3的密封性问题，考虑到同心换热外管3与同心换热内管6的密封性问题，所述井封2与同心换热外管3之间安装有耐高温硅胶密封圈10，所述同心换热外管3与同心换热内管6之间安装有耐高温硅胶密封圈10，可拆卸式安装便于后期的维修更换，不会发生局部破损整体更换的问题。
在具体设置上述同心换热外管3时，考虑到地热水与注入水的换热效率低下的问题，优选的生产方式为一次热轧成型，所述同心换热外管3包括外圆板3.1、内圆板3.2、斜板3.3，其中外圆板3.1的数量为4块，所述外圆板3.1每隔90°布置，所述外圆板3.1的侧边设有指向圆心的斜板3.3，位于空缺位置的所述斜板3.3之间设有内圆板3.2，所述外圆板3.1、内圆板3.2和斜板3.3共同围成梅花形管状结构，首先在管径不变的情况下增加换热面积，提升换热效率，其次减少了下管时的阻力，降低施工难度，另外增加了同心换热外管3与护壁套管1的空间，增大地热井水的流动性，有利于低温回补。
在具体设置上述同心换热外管3与同心换热内管6时，考虑到注入水流量对换热效率的影响，所述同心换热外管3的最大外径与护壁套管1内径的距离大于20mm，所述同心换热外管3的最小内径与同心换热内管6的外径的距离大于20mm，优化了地热水与注入水的水流量，进一步提高了换热效率。
在具体设置上述同心换热外管3时，考虑到地热水的成分不同，为了避免腐蚀以及对地热水形成污染，所述同心换热外管3的材质为不锈钢、钛合金中的一种，根据地热水的成分不同进行调整，避免腐蚀，以及对井水形成污染。
在具体设置上述同心换热内管6时，考虑到同心换热内管6下端口与底盖4之间距离对水流量的影响，所述同心换热内管6的下端口与底盖4之间的距离为同心换热内管6的直径长度。
在具体设置上述同心换热外管3与同心换热内管6时，考虑到同心换热外管3与同心换热内管6的座入深度较深，所述同心换热外管3与同心换热内管6分段焊接组成，且焊口接缝高度相同，便于施工下管，所述同心换热外管3与同心换热内管6的管壁厚度由上到下逐渐变厚，结构强度高，且进一步节省了材料成本。
应用场景及工作原理：场景一替代之前的抽水取热，所以深井是现成的，深井的护壁套管1也是现成的，操作人员开始下同心换热外管3，完成一段同心换热外管3的下管后，开始对接焊下一段同心换热外管3，在下管的同时进行无损探伤，直至完成所有同心换热外管3的安装，开始下同心换热内管6，与同心换热外管3的施工相同，完成全部下管后，在同心换热内管6与同心换热外管3之间填充耐高温硅胶密封圈10，根据地热水水位调节井封2的位置，在井封2与同心换热外管3之间填充耐高温硅胶密封圈10，即可进行换热，具体的从进水管9注入冷水介质，冷水介质经同心换热外管3进入同心换热内管6，最后经出水管8排出热水介质，在供回过程中均与地热水介质发生热交换，从而实现取热不取水的目的；场景二新开深井，在保证垂直度的前提下座入护壁套管1，然后开始同心换热外管3与同心换热内管6的下管，取热过程与上述场景一相同；本申请设计合理，结构简单，安全可靠，成本低，强度高，施工难度小，换热效率高，应用前景十分可观。
尽管参照前述实例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种梅花同轴套管深井换热器，包括护壁套管，所述护壁套管设在深井内，且护壁套管的滤孔位于地热水流动带上，其特征在于：所述护壁套管的上端口设有井封，所述井封的端面设有梅花形通孔，所述梅花形通孔内设有相适配的同心换热外管，所述同心换热外管的下端口设有底盖，所述同心换热外管的上端口设有顶盖，所述顶盖的端面设有圆形通孔，所述圆形通孔内设有相适配的同心换热内管，所述同心换热内管的上端口设有端盖，所述端盖上设有用于热水排出的出水管，所述顶盖上设有用于冷水进入的进水管。
2.根据权利要求1所述的一种梅花同轴套管深井换热器，其特征在于：所述井封的直径小于护壁套管的直径，且井封可以在护壁套管内滑动以适应地热水位高度的变化。
3.根据权利要求1所述的一种梅花同轴套管深井换热器，其特征在于：所述井封与同心换热外管之间设有耐高温硅胶密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种梅花同轴套管深井换热器，其特征在于：所述同心换热外管包括外圆板、内圆板、斜板，所述外圆板等角度布置，所述外圆板的侧边设有指向圆心的斜板，位于空缺位置的所述斜板之间设有内圆板，所述外圆板、内圆板和斜板共同围成梅花形管状结构。
5.根据权利要求1所述的一种梅花同轴套管深井换热器，其特征在于：所述同心换热外管的最大外径与护壁套管内径的距离大于20mm，所述同心换热外管的最小内径与同心换热内管的外径的距离大于20mm。
6.根据权利要求1所述的一种梅花同轴套管深井换热器，其特征在于：所述同心换热外管的材质为不锈钢、钛合金中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种梅花同轴套管深井换热器，其特征在于：所述同心换热内管的下端口与底盖之间的距离为同心换热内管的直径长度。
8.根据权利要求1所述的一种梅花同轴套管深井换热器，其特征在于：所述同心换热外管与同心换热内管分段焊接组成，所述同心换热外管与同心换热内管的管壁厚度由上到下逐渐变厚。
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