CN215864110U - 中深层地热能取热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种中深层地热能取热结构，所述地热能取热结构包括第一外套竖管、第二外套竖管、内套管和多根横管，所述第一外套竖管、所述第二外套竖管和多根所述横管配合能够形成相对封闭的腔室，所述腔室内充满水，所述内套管由所述进水端至所述出水端依次穿过所述第一外套竖管、最上层的所述横管和所述第二外套竖管，所述内套管的进水端和出水端分别与所述热泵系统连通，所述内套管内填充有用于换热的介质，所述介质能够吸收所述腔室内的水的热量并将热量传递给所述热泵系统。利用该地热能取热结构可高效的利用地热资源，只取热不取水，不会产生因过量开采地热水造成地面塌陷和水资源的污染与浪费。

Description

中深层地热能取热结构

技术领域

本实用新型涉及地热开发利用技术领域，特别涉及一种中深层地热能取热结构。

背景技术

根据地震波在地下不同深度的传播速度的变化，可将地球由内向外分为地核、地幔和地壳三个部份。地核内部的温度大约高达5000～6000度，甚至高于太阳表面的温度。目前可利用的地热能是指蕴含在地壳中岩石和流体中的热能，这种热能来自地球深处的高温融熔体以及放射性元素的衰变。地热能有四种类型：地热水及地热蒸汽、地压地热能、干热岩地热能和岩浆地热能。

地热能有如下优点：储量丰富，是比化石燃料清洁的矿产资源，是可再生能源。特别是受人关注的全球气候变化和环境污染的严峻形势下，作为可再生能源的地热更加受人青睐。常见的地热能形式有温泉和火山。据计算，地球地表以下5公里内15摄氏度以上的岩石和地下水总含热量达1.05×1025 焦尔，相当于9950万亿吨标准煤。按世界年耗100亿吨标准煤计算，可满足人类几万年的能源需要。如果把地球上储存的全部煤碳燃烧时所放出的热量作为标准来计算，石油的存储量约为煤碳的3％，核燃料约为煤碳的15％，而地热能约为煤碳的1.7亿倍。

鉴于以上因素，合理利用地热能是功在当代，利在千秋的能源利用大计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种中深层地热能取热结构，利用该地热能取热结构可高效的利用地热资源，只取热不取水，不会产生因过量开采地热水造成地面塌陷和水资源的污染与浪费。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种中深层地热能取热结构，与所述地热能取热结构连接有热泵系统，所述地热能取热结构包括第一外套竖管、第二外套竖管、内套管和多根横管，其中，所述第一外套竖管和所述第二外套竖管均由地表延伸至地层内，多根所述横管由上至下依次排列，多根所述横管的一端均与所述第一外套竖管的下段连通，多根所述横管的另一端均与所述第二外套竖管的下段连通，所述第一外套竖管、所述第二外套竖管和多根所述横管配合能够形成相对封闭的腔室，所述腔室内充满水，所述腔室内的水能够吸收地层中的地热能；所述内套管的进水端和出水端均位于地表外，所述内套管由所述进水端至所述出水端依次穿过所述第一外套竖管、最上层的所述横管和所述第二外套竖管，所述内套管的进水端和出水端分别与所述热泵系统连通，所述内套管内填充有用于换热的介质，所述介质能够吸收所述腔室内的水的热量并将热量传递给所述热泵系统。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，在所述第一外套竖管的管壁和所述内套管的进水端的管壁之间设置有第一封堵块；所述第一外套竖管的管壁和所述内套管的管壁之间还设置有第二封堵块，所述第二封堵块位于最上层的所述横管与所述第一外套竖管连通处的上方且靠近最上层的所述横管的一端；所述第二外套竖管的管壁和所述内套管的管壁之间设置有第三封堵块，所述第三封堵块位于最上层的所述横管与所述第二外套竖管连通处的上方，所述第三封堵块的位置高于所述第二封堵块。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述第三封堵块至地表且位于所述第二外套竖管的管壁和所述内套管的管壁之间的空间内填充有防水保温材料。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述横管的一端的位置低于所述横管的另一端；所述横管的倾斜角度α为10度～20度；最下层的所述横管的两端分别与所述第一外套竖管的底端和所述第二外套竖管的底端连通；多根所述横管均平行设置。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述第一外套竖管的直径为10cm～50cm，所述第二外套竖管直径为10cm～50cm，所述横管的直径为 10cm～50cm；在同一竖向截面上，相邻的两根所述横管之间的高度差H为50 米～100米；最上层所述横管的一端与地表之间的距离L为2000米～4000米。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述内套管的管壁与所述第一外套竖管的管壁之间的间隙为100毫米～120毫米、所述内套管的管壁与最上层的所述横管的管壁之间的间隙为100毫米～120毫米、所述内套管的管壁与所述第二外套竖管的管壁之间的间隙为100毫米～120毫米；所述介质为水，所述内套管在负压状态下充入所述介质。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述热泵系统包括换热器、热泵机组和空调房间的地热盘管，所述换热器与所述内套管的进水端通过第一进水管连通，所述换热器与所述内套管的出水端通过第一出水管连通，所述换热器和所述内套管之间形成用于所述介质循环的第一循环通路；所述换热器分别通过第二进水管和第二出水管与所述热泵机组连通并形成第二循环通路；所述热泵机组分别通过供水管和回水管与所述地热盘管连通并形成用于供暖的第三循环通路。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述第二进水管通过第一支管与所述供水管连通，所述第二出水管通过第二支管与所述回水管连通，所述换热器、所述第二进水管、所述第一支管、所述供水管、所述地热盘管、所述回水管、所述第二支管和所述第二出水管依次连通形成用于供暖的第四循环通路。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述第一进水管、所述第二进水管和所述供水管上均设置有水泵。

进一步地，在上述的中深层地热能取热结构中，所述第二进水管上设置有第一阀门，所述第一支管和所述第二支管上均设置有第二阀门。

分析可知，本实用新型公开一种中深层地热能取热结构，该地热能取热结构能有效提取中深层地层的地热能，可高效的利用地热资源，只取热不取水，在地热温度较高时能够直接对空调房间供暖，在地热温度较低时通过热泵系统对空调房间供暖，第一外套竖管、第二外套竖管、多根横管、第二封堵块和第三封堵块配合所形成的腔室内的水能够形成自发的流动，提高换热效果，该地热能取热结构不会产生因过量开采地热水造成地面塌陷和水资源的污染与浪费。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1本实用新型一实施例的结构示意图。

附图标记说明：1第一外套竖管；2第二外套竖管；3内套管；4横管；5、腔室；6第一封堵块；7第二封堵块；8第三封堵块；9防水保温材料；10换热器；11热泵机组；12地热盘管；13第一进水管；14第一出水管；15第二进水管；16第二出水管；17供水管；18回水管；19第一支管；20第二支管； 21水泵；22第一阀门；23第二阀门；24地层。

α横管的倾斜角度；H横管之间的高度；L横管与地表之间的距离。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本实用新型必须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。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

所附附图中示出了本实用新型的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本实用新型的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

如图1所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种中深层地热能取热结构，与地热能取热结构连接有热泵系统，地热能取热结构包括第一外套竖管1、第二外套竖管2、内套管3和多根横管4，其中，第一外套竖管1和第二外套竖管2均由地表延伸至地层24内，多根横管4由上至下依次排列，多根横管4的一端均与第一外套竖管1的下段连通，多根横管4的另一端均与第二外套竖管2的下段连通，第一外套竖管1、第二外套竖管2、多根横管4、第二封堵块7和第三封堵块8配合能够形成相对封闭的腔室5，腔室5内充满水，腔室5内的水能够通过横管4吸收地层24中的地热能；内套管3的进水端和出水端均位于地表外，内套管3由进水端至出水端依次穿过第一外套竖管1、最上层的横管4和第二外套竖管2，内套管3的进水端和出水端分别与热泵系统连通，内套管3内填充有用于换热的介质，介质能够通过内套管 3吸收腔室5内的水的热量并将热量传递给热泵系统。

中深层地热资源一般指2000米～4000米深度钻孔，在本实用新型的一实施例中，如图1所示，该地热能取热结构采用两竖两横或两竖多横的方式组合而成，即，利用双井方式在地层24安装埋设第一外套竖管1和第二外套竖管2(在本实用新型的其他实施例中，也可以采用多井方式进行埋设)，并在第一外套竖管1下段和第二外套竖管2的下段之间埋设两根或多根横管4，利用地层24内的地热资源加热腔室5内的水，使腔室5内的水的温度大于50度或蒸发为蒸汽。内套管3内的介质吸收腔室5内的水的热量后通过循环将热量传递给热泵系统，进而实现中深层地热能取热。

进一步地，在靠近地表处且位于第一外套竖管1的管壁和内套管3的进水端的管壁之间的位置设置有第一封堵块6；第一封堵块6用于封堵第一外套竖管1，防止异物进入第一外套竖管1。优选地，第一外套竖管1的管壁和内套管3的管壁之间还设置有第二封堵块7，第二封堵块7位于最上层的横管4与第一外套竖管1连通处的上方且靠近最上层的横管4的一端，第二封堵块7用于限制第一外套竖管1内水位的高度，防止腔室5内的水进入第二封堵块7以上的空间；如此设置，有利于内套管3内的介质形成逆流换热。优选地，第二外套竖管2的管壁和内套管3的管壁之间设置有第三封堵块8，第三封堵块8位于最上层的横管4与第二外套竖管2连通处的上方，根据地热层的高度，第三封堵块8处于地热层上沿即可，优选地，第三封堵块8的位置高于第二封堵块7。如此设置，有利于热量进入第二外套竖管2，并与内套管3内的介质形成逆流换热。横管4的一端(与第一外套竖管1连通的一端)的位置低于横管4的另一端(与第二外套竖管2连通的一端)，即，横管4为倾斜设置；优选地，横管4的倾斜角度α为10度～20度；优选地，最下层的横管4的两端分别与第一外套竖管1的底端和第二外套竖管2的底端连通。优选地，多根横管均平行设置。第二封堵块7和第三封堵块8能够使第一外套竖管1和第二外套竖管2内的水位产生高度差，当腔室5内的水存在温度差时，横管4的倾斜设置能够使温度高的水通过除最上层的横管4外其他的横管4向第二外套竖管2方向汇集，与内套管3内的介质进行换热后温度低的水通过最上层的横管4向第一外套竖管1正下方汇集，使腔室5内的水形成自发的流动，而最上层的横管4内的介质是由第一外套竖管1向第二外套竖管2方向流动，进而使腔室5内的水与内套管3内的介质形成逆流方式进行热交换，达到最佳的换热效果。

进一步地，第三封堵块8至地表且位于第二外套竖管2的管壁和内套管 3的管壁之间的空间内填充有防水保温材料9，防水保温材料9的材质只要导热系数小于0.12W/(m·K)、并具有防水性能即可。如此设置能够避免已经升高的介质的温度被上部低温水或土壤冷却而降低温度。

进一步地，第一外套竖管1的直径为10cm～50cm，第二外套竖管2直径为10cm～50cm，横管4的直径为10cm～50cm；优选地，在同一竖向截面上，相邻的两根横管4之间的高度差H为50米～100米；优选地，最上层横管4 的一端与地表之间的距离L为2000米～4000米。

进一步地，内套管3的管壁与第一外套竖管1的管壁之间为100毫米～120 毫米、内套管3的管壁与最上层的横管4的管壁之间的间隙为100毫米～120 毫米、内套管3的管壁与第二外套竖管2的管壁之间的间隙为100毫米～120 毫米，如此设置有利于横管4内的介质与腔室5内的水进行换热；优选地，介质为水，内套管3在负压状态下充入介质。如此设置能够不用水泵利用热管原理直接换热，以取得更小的换热温差以提高效率。利用热管传热比用水泵将热水抽上来循环换热效率高很很多，因为热管换热不需要水泵，完全靠介质相变蒸发—冷凝方式传热，并且不需要很大的传热温差。

进一步地，热泵系统包括换热器10、热泵机组11和空调房间的地热盘管12，换热器10与内套管3的进水端通过第一进水管13连通，换热器10 与内套管3的出水端通过第一出水管14连通，换热器10和内套管3之间形成用于介质循环的第一循环通路；换热器10分别通过第二进水管15和第二出水管16与热泵机组11连通并形成第二循环通路；热泵机组11分别通过供水管17和回水管18与地热盘管12连通并形成用于供暖的第三循环通路。第一进水管13、第二进水管15和供水管17上均设置有水泵21。当地下温度较低时，热泵机组11工作，开启第一阀门22，中深层地热资源的热量加热腔室5内的水，腔室5内的水通过内套管3传递给内套管3中循环的介质，内套管3中的介质利用水泵21通过第一循环通路将被加热的介质送入换热器 10，经换热器10换热后通过第二循环通路将热量供给热泵机组11，经热泵机组11提温后通过第三循环通路送入空调房间的地热盘管12进行供暖。

进一步地，第二进水管15通过第一支管19与供水管17连通，第二出水管16通过第二支管20与回水管18连通，换热器10、第二进水管15、第一支管19、供水管17、地热盘管12、回水管18、第二支管20和第二出水管 16依次连通形成用于供暖的第四循环通路。第二进水管15上设置有第一阀门22，第一支管19和第二支管20上均设置有第二阀门23。当地下温度较高时，热泵机组11停止工作，开启第一阀门22和两个第二阀门23，中深层地热资源的热量加热腔室5内的水，水通过内套管3传递给内套管3中循环的介质，内套管3中的介质利用水泵21通过第一循环通路将被加热的介质送入换热器10，经换热器10换热后通过第四循环通路直接将热量送入空调房间的地热盘管12进行供暖。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

一种中深层地热能取热结构，该地热能取热结构能有效提取中深层地层 24的地热能，可高效的利用地热资源，只取热不取水，在地热温度较高时能够直接对空调房间供暖，在地热温度较低时通过热泵系统对空调房间供暖，第一外套竖管1、第二外套竖管2、多根横管4、第二封堵块7和第三封堵块 8配合所形成的腔室5内的水能够形成自发的流动，提高换热效果，该地热能取热结构不会产生因过量开采地热水造成地面塌陷和水资源的污染与浪费。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中深层地热能取热结构，与所述地热能取热结构连接有热泵系统，其特征在于，所述地热能取热结构包括第一外套竖管、第二外套竖管、内套管和多根横管，其中，

所述第一外套竖管和所述第二外套竖管均由地表延伸至地层内，多根所述横管由上至下依次排列，多根所述横管的一端均与所述第一外套竖管的下段连通，多根所述横管的另一端均与所述第二外套竖管的下段连通，所述第一外套竖管、所述第二外套竖管和多根所述横管配合能够形成相对封闭的腔室，所述腔室内充满水，所述腔室内的水能够吸收地层中的地热能；

所述内套管的进水端和出水端均位于地表外，所述内套管由所述进水端至所述出水端依次穿过所述第一外套竖管、最上层的所述横管和所述第二外套竖管，所述内套管的进水端和出水端分别与所述热泵系统连通，所述内套管内填充有用于换热的介质，所述介质能够吸收所述腔室内的水的热量并将热量传递给所述热泵系统。

2.根据权利要求1所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

在所述第一外套竖管的管壁和所述内套管的进水端的管壁之间设置有第一封堵块；

所述第一外套竖管的管壁和所述内套管的管壁之间还设置有第二封堵块，所述第二封堵块位于最上层的所述横管与所述第一外套竖管连通处的上方且靠近最上层的所述横管的一端；

所述第二外套竖管的管壁和所述内套管的管壁之间设置有第三封堵块，所述第三封堵块位于最上层的所述横管与所述第二外套竖管连通处的上方，

所述第三封堵块的位置高于所述第二封堵块。

3.根据权利要求2所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述第三封堵块至地表且位于所述第二外套竖管的管壁和所述内套管的管壁之间的空间内填充有防水保温材料。

4.根据权利要求1所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述横管的一端的位置低于所述横管的另一端；

所述横管的倾斜角度α为10度～20度；

最下层的所述横管的两端分别与所述第一外套竖管的底端和所述第二外套竖管的底端连通；

多根所述横管均平行设置。

5.根据权利要求1所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述第一外套竖管的直径为10cm～50cm，所述第二外套竖管直径为10cm～50cm，所述横管的直径为10cm～50cm；

在同一竖向截面上，相邻的两根所述横管之间的高度差H为50米～100米；

最上层所述横管的一端与地表之间的距离L为2000米～4000米。

6.根据权利要求1所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述内套管的管壁与所述第一外套竖管的管壁之间的间隙为100毫米～120毫米、所述内套管的管壁与最上层的所述横管的管壁之间的间隙为100毫米～120毫米、所述内套管的管壁与所述第二外套竖管的管壁之间的间隙为100毫米～120毫米；

所述介质为水，所述内套管在负压状态下充入所述介质。

7.根据权利要求1所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述热泵系统包括换热器、热泵机组和空调房间的地热盘管，

所述换热器与所述内套管的进水端通过第一进水管连通，所述换热器与所述内套管的出水端通过第一出水管连通，所述换热器和所述内套管之间形成用于所述介质循环的第一循环通路；

所述换热器分别通过第二进水管和第二出水管与所述热泵机组连通并形成第二循环通路；

所述热泵机组分别通过供水管和回水管与所述地热盘管连通并形成用于供暖的第三循环通路。

8.根据权利要求7所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述第二进水管通过第一支管与所述供水管连通，所述第二出水管通过第二支管与所述回水管连通，所述换热器、所述第二进水管、所述第一支管、所述供水管、所述地热盘管、所述回水管、所述第二支管和所述第二出水管依次连通形成用于供暖的第四循环通路。

9.根据权利要求7所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述第一进水管、所述第二进水管和所述供水管上均设置有水泵。

10.根据权利要求8所述的中深层地热能取热结构，其特征在于，

所述第二进水管上设置有第一阀门，所述第一支管和所述第二支管上均设置有第二阀门。

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