CN216481661U - 一种深井换热套管地热原位热伏发电装置 - Google Patents

Abstract

一种深井换热套管地热原位热伏发电装置。涉及地热发电领域。装置由入水段、换向器、套管换热段、顶部热伏发电模块和透平发电模块构成。入水段、换向器、套管换热段均在地下，且按由深地到地表的顺序依次对接；顶部热伏发电模块部分安装在地下，部分安装在地面，透平发电模块安装在地面。本发明采用了顶部热伏发电模块与透平发电机两种发电方式。透平发电机电能作为透平发电电源直接输出，各管壁型热伏发电基础模块电源并联输出，输出电源称为管壁热伏电源。本发明的装置满足施工需求的深地原位地热发电要求，原位地热发电过程中，地热水原地回灌，回灌水位远低于取热水位；采用两种发电技术，提高发电效率。

Description

一种深井换热套管地热原位热伏发电装置

一、技术领域

本实用新型涉及地热发电领域，具体是一种深井换热套管地热原位热伏发电装置。

二、背景技术

地热是一种新型的洁净能源，分布广泛，蕴藏量丰富。用地热来进行发电和取热，产生的污染很少并且能源可再生，发电、取热单位成本低。因此，地热发电取热越来越多地受到关注和利用。申请号CN202010112988.6《一种原位地热发电系统》，提供了一种原位地热发电系统，包括热管、热电温差发电装置和磁悬浮发电装置。直接将热管深埋于地下，热管位于地热源处，一方面，位于热管下段的热电温差发电装置能够直接将地热能转化为电能，另一方面，循环工质在相变为气态工质的过程中，所形成向上的汽态工质会驱动位于热管中部的磁悬浮发电装置，将地热能转化为机械能再转化为电能，具有地热原位发电、能量损耗低和发电效率高等优点。申请号：CN201711393103.9《原位地热热电发电装置集成一体化系统》提供了一种原位地热热电发电装置集成一体化系统，由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成。热电装置无机械转动部分，工作无噪声，将热能直接转化为电能，不产生机械能损耗，在深地、地表温泉等不同品位热源处都能进行热电转换发电。虽然上述申请具有独到的优点，但是均存在下述共同的问题：

(1)没有考虑深地地热井施工需求；

(2)没有考虑地热水回灌。

三、实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种深井换热套管地热原位热伏发电装置。本装置满足施工需求的深地原位地热发电要求，且在原位地热发电过程中，地热水原地回灌。

本实用新型的目的是这样达到的：装置由入水段、换向器、套管换热段、顶部热伏发电模块和透平发电模块构成。入水段、换向器、套管换热段均在地下，且按由深地到地表的顺序依次对接；顶部热伏发电模块部分安装在地下，部分安装在地面，透平发电模块安装在地面。

入水段由多跟入水管连接而成，每根入水管一端加工成入水外螺纹，另一端加工成入水内螺纹；两端的外螺纹和内螺纹大径、小径和螺距相等，相邻入水管通过两端外螺纹和内螺纹旋合连接，构成所需要长度；入水段最低处为回灌入口，最高处为入水段顶端接口；入水段顶端接口为外螺纹，回灌入口为内螺纹，入水段顶端接口与换向器的入水段连接接口的入水管连接螺纹通过旋合紧密连接。

换向器由入水段连接端口、四个回灌水连通器、套管换热段连接接口三部分连接而成。换向器将套管换热段外管与内管之间的回灌水，通过回灌水连通器引到入水段连接接口，通过与入水段顶端入水外螺纹旋合连接，将回灌水引入入水段，并从入水段最底端的回灌入口将回灌水引入地下。

套管换热段由轴流水泵段、套管换热段连接器和套管换热段管道构成，套管换热段连接器连接相邻的套管换热段管道，根据需要连接成任意长度。

套管换热段管道由套管换热段内管和套管换热段外管构成；套管换热段内管和套管换热段外管长度相等，设其长度为Hn。

套管换热段连接器由套管换热段外管连接器、套管换热段内管连接器、套管换热段卡固件构成；套管换热段卡固件固定套管换热段外管连接器和套管换热段内管连接器之间轴心；套管换热段内管连接器相邻的套管换热段内管，套管换热段外管连接器连接相邻的套管换热段外管。

轴流水泵段由套管换热段内管和井用潜水泵构成，井用潜水泵装在套管换热段内管正中间，井用潜水泵吸入管与套管换热段内管之间轴流水泵用密封圈密封。顶部热伏发电模块由管壁型热伏发电模块和顶部换热模块构成。

顶部热伏发电模块由管壁型热伏发电段和顶部换热模块构成。用管壁型热伏发电段由管壁型热伏发电基础模块构成。

管壁型热伏发电基础模块由管壁型热伏发电基础模块外壳、管壁型热伏发电模块、管壁型热伏发电基础模块内层、热伏模块支撑架、管壁型热伏发电基础模块密封圈构成。

顶部换热模块含换热连接管、底部换热接头和顶部换热接头。

透平发电模块采用ORC发电机，发电机的工质泵输出的工质输入透平工质流入管。透平工质流出管输出加热后的工质，并连接到ORC发电机的膨胀机工质输入接口。

换向器的入水段连接端口由入水段连接外壳和回灌水连接顶盖构成；入水段连接外壳采用金属材料构成，为管状结构，上边焊接回灌水连接顶盖，下边加工成入水管连接螺纹；入水管连接螺纹为内螺纹，与入水管入水外螺纹旋合。

回灌水连通器用金属材料制作，外部是实体，称之主体扇环柱，内部掏空为掏空扇环柱，主体扇环柱顶面为回灌水连通器顶面；主体扇环柱底面称为回灌水连通器底面。

套管换热段连接接口由套管换热段接口底板、套管换热段外管接口、套管换热段内管接口构成，套管换热段外管接口、套管换热段内管接口焊接在套管换热段接口底板上，焊接处密封。

套管换热段接口底板为圆盘状，圆盘半径与回灌水连接顶盖半径相同，为Ra；上边均匀分布掏空的的四个套管换热段回灌水入口；四个套管换热段回灌水入口形状、大小与回灌水连接顶盖的回灌水连通接口形状和大小相同，掏空的位置也与回灌水连接顶盖的回灌水连通接口相同。

套管换热段接口底板最外侧为套管换热段外管接口焊接处，用于焊接套管换热段外管接口；套管换热段接口底板中间掏空成圆形，掏空区域称为套管换热段地热水入口，设套管换热段地热水入口半径为r2；套管换热段地热水入口外侧为套管换热段内管接口焊接处。

套管换热段外管接口为管状结构，采用金属材料，外半径与套管换热段接口底板半径相同，为Ra，设内半径为r6，则内半径r6大于回灌水连通器横截面外圆半径R1；下边与套管换热段接口底板焊接，上边加工成内螺纹称为套管换热段外管接口内螺纹，通过内螺纹与套管换热段外管旋合；设套管换热段外管接口高度为H1；套管换热段外管接口内螺纹高度为H2，内螺纹小径为2r4，r4大于套管换热段外管接口内半径r6。

套管换热段内管接口套管换热段内管接口为管状结构，采用金属材料，内半径与套管换热段接口底板上的套管换热段地热水入口半径相同，为r2，设外半径为 r5；下边与套管换热段接口底板焊接，上边加工成外螺纹，称为套管换热段内管接口外螺纹，通过外螺纹与套管换热段内管旋合；套管换热段内管接口高度与套管换热段外管接口高度相同，为H1；套管换热段内管接口外螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，外螺纹大径为2r3。

套管换热段管道分为套管换热段内管和套管换热段外管。

所述套管换热段内管为管状结构，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作，套管换热段内管内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；套管换热段内管外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；套管换热段内管两端加工成内螺纹，称为套管换热段内管内螺纹，与套管换热段内管接口外螺纹匹配；最下边的套管换热段内管，通过套管换热段内管内螺纹与套管换热段内管接口外螺纹旋合，组合成一个整体。

套管换热段外管为管状结构，采用金属材料制作，套管换热段外管内半径与套管换热段外管接口内半径相同，为r6；套管换热段外管外半径与套管换热段外管接口外半径相同，为Ra；套管换热段外管两端加工成外螺纹，称为套管换热段外管外螺纹，与套管换热段外管接口内螺纹匹配；最下边的套管换热段外管通过套管换热段外管外螺纹与套管换热段外管接口内螺纹旋合，组合成一个整体。

套管换热段连接器由套管换热段外管连接器、套管换热段内管连接器、套管换热段卡固件构成。

套管换热段内管连接器用于连接相邻的套管换热段内管，为管状，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作；套管换热段内管连接器内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；套管换热段内管连接器外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；套管换热段内管连接器两端加工成外螺纹，称为套管换热段内管连接器外螺纹，与套管换热段内管内螺纹匹配；套管换热段内管连接器外螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，套管换热段内管连接器外螺纹大径为2r3。

在两端的套管换热段内管连接器外螺纹之间为套管换热段内管连接器支撑体；设内管连接器支撑体高度为h3，则h3大于套管换热段卡固件高度h1。

在套管换热段内管连接器支撑体上，均匀分布四个套管换热段内管卡固槽，用于嵌入套管换热段卡固件；套管换热段内管卡固槽根据套管换热段内管卡片的形状掏空。

套管换热段外管连接器用于连接相邻的套管换热段外管，为管状，采用金属材料制作；套管换热段外管连接器内半径与套管换热段外管接口内半径相同，为r6。套管换热段外管连接器外半径与套管换热段外管接口外半径相同，为Ra；套管换热段外管连接器两端加工成内螺纹，称为套管换热段外管连接器内螺纹，与套管换热段外管外螺纹匹配；套管换热段外管连接器内螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，套管换热段外管连接器内螺纹小径为2r4。

在两端的套管换热段外管连接器内螺纹之间为套管换热段外管连接器支撑体352；设外管连接器支撑体高度为h3,则h3大于套管换热段卡固件高度h1。

在套管换热段外管连接器支撑体上，均匀分布四个套管换热段外管卡固槽，用于嵌入套管换热段卡固件；套管换热段外管卡固槽根据套管换热段外管卡固片的形状掏空。

套管换热段卡固件由套管换热段外管卡固片、内外管定位片、套管换热段内管卡固片构成。外管卡固片为截面为弧的柱状，柱状高度为h1；弧的半径大于套管换热段外管内半径内半径r6，略小于r4；内管卡固片截面为弧的柱状，柱状高度为 h1；弧的半径大于r3，略小于套管换热段内管外半径r5；内外管定位片两边分别焊接外管卡固片和内管卡固片，使得内外管定位片、套管换热段外管卡固片和套管换热段内管卡固片成一个整体。

顶部热伏发电模块中，管壁型热伏发电基础模块外壳为管状结构，采用导热性好的金属材料制作；管壁型热伏发电基础模块外壳内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；管壁型热伏发电基础模块外壳外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；管壁型热伏发电基础模块外壳下端加工成内螺纹，称为管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹；管壁型热伏发电基础模块外壳上端加工成外螺纹，称为管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹，与套管换热段内管接口外螺纹规格相同；管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹与管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹匹配，旋合后构成一个管状结构；管壁型热伏发电基础模块内螺纹与管壁型热伏发电基础模块外螺纹高度为H2，管壁型热伏发电基础模块外壳高度为Hn+h3+H2。

管壁型热伏发电模块由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在管壁型热伏发电基础模块外壳内侧，温差发电芯片的热端焊接在管壁型热伏发电基础模块内层外侧。

温差发电芯片在水平方向和垂直方向对齐排列，水平方向成行，垂直方向成列；每行温差发电芯片个数相同，每列温差发电芯片个数相同；每行温差发电芯片之间连接关系为串联；各行温差发电芯片之间串联后，每行的输出电源线之间并联；构成管壁型热伏发电基础模块电源输出端。

所述热伏模块支撑架由热伏模块支撑架主体和四个热伏模块支撑架侧耳构成，均为金属材料制作；热伏模块支撑架侧耳外形与套管换热段卡固件相同，并对称焊接在热伏模块支撑架主体外侧；热伏模块支撑架主体为管状结构，高度为h1；热伏支撑架用于限制管壁型热伏发电基础模块与套管换热段外管连接器之间的间距，与水流段外管连接器配合使用。

在管壁型热伏发电模块上端和下端，有管壁型热伏发电基础模块密封圈，嵌于管壁型热伏发电基础模块外壳和管壁型热伏发电基础模块内层中间，将管壁型热伏发电模块密封。

管壁型热伏发电基础模块内层为管状结构，高度为Hn+h3；上端与管壁型热伏发电基础模块外壳平齐；外径为r2减去2倍管壁型热伏发电模块的厚度。

所述顶部换热模块中，换热连接管为壁厚较厚的管状结构，用金属材料制造；换热管连接中间空的部分为地热水内管流过的通道；在管壁上，从内到外，在截面的同心圆上，分布有与换热连接管轴向平行的三层圆柱形空洞，分别为工质流入管道、地热水流出管道和工质流出管道。

在换热连接管下边：工质流入管道与地热水内管之间有截面为圆环状凸边，称为内层榫头；工质流入管道与地热水流出管道之间有截面为圆环状凸边，称为中层榫头；地热水流出管道与工质流出管道之间有截面为圆环状凸边，称为外层榫头；工质流出管道外侧，加工成外螺纹，称为换热管下端外螺纹。

在换热连接管上边：工质流入管道与地热水内管之间有截面为圆环状凹边，称为内层榫眼；工质流入管道与地热水流出管道之间有截面为圆环状凹边，称为中层榫眼；地热水流出管道与工质流出管道之间有截面为圆环状凹边，称为外层榫眼。工质流出管道外侧，加工成内螺纹，称为换热管上端内螺纹。

相邻换热连接管通过旋合连接；换热管下端外螺纹与换热管上端内螺纹旋合时，内层榫眼、中层榫眼、外层榫眼加上密封圈。

相邻换热连接管通过旋合连接时，上边的换热连接管内层榫头、中层榫头外层榫头与下边的换热连接管内层榫眼、中层榫眼、外层榫眼一一对应，并在密封圈的作用下，将地热水内管、工质流入管道、地热水流出管道与工质流出管道之间隔离密封。

内层榫头、中层榫头、外层榫头凸出的高度比内层榫眼、中层榫眼、外层榫眼凹入的深度大，凸出的部分称为一个同质环形通道，使得同一个管道的工质流入管道通过同质环形通道连通、同一个管道的地热水流出管道通过同质环形通道连通；同一个管道的工质流出管道通过同质环形通道连通。

所述顶部换热模块中，底部换热接头由换热接头外部连接管、底部接头外管、底部接头中管、底部接头内管、底部接头外螺纹管、换热接头底板、换热接头隔离板、地热水连接管组合而成；上述所有部件均由金属材料制造。

换热接头外部连接管、底部接头外管、底部接头中管、底部接头内管、底部接头外螺纹管均安装在换热接头底板上；换热接头底板为环状，在上边焊接换热接头外部连接管、底部接头外管、底部接头中管。底部接头内管穿过换热接头底板在侧面与换热接头底板焊接；下边焊接底部接头外螺纹管。

换热接头外部连接管为管状结构，下端与换热接头底板焊接；上边加工有内螺纹，称为底部接头内螺纹；底部接头内螺纹与换热连接管的换热管下端外螺纹匹配并旋合。

底部接头外管为管状结构，下端与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头外侧榫眼，底部接头外侧榫眼的大小与深度与换热连接管的外层榫眼完全相同，并在底部加工有若干个外管侧孔。

底部接头中管为管状结构，下端与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头中榫眼，底部接头中榫眼的大小与深度与换热连接管的中层榫眼完全相同，并在底部加工有若干个中管侧孔。

底部接头内管穿过换热接头底板，在侧面与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头内侧榫眼，底部接头内侧榫眼的大小与深度与换热连接管的内层榫眼完全相同；下部加工成底部接头下榫眼；底部接头下榫眼与管壁型热伏发电基础模块上端管壁吻合。

底部接头外螺纹管为管状结构，加工有外螺纹；外螺纹规格与套管换热段外管连接器内螺纹匹配。

换热接头隔离板与换热接头底板对应位置有多个孔，与地热水连接管一一对应。

地热水连接管上部与换热接头隔离板焊接，下部与换热接头底板焊接。

换热接头隔离板为环状结构，底部接头外管上边内侧与换热接头隔离板外侧焊接；底部接头中管上边的外侧与换热接头隔离板内侧焊接。

底部接头外螺纹管与最上边的套管换热段外管连接器旋合，旋合时，底部接头下榫眼装入密封圈，与最上边管壁型热伏发电基础模块上端管壁密封。

最下边的换热连接管通过换热管下端外螺纹与底部接头内螺纹旋合。旋合时，底部接头外侧榫眼、底部接头中榫眼、底部接头内侧榫眼加入密封圈，使得底部接头外管、底部接头中管、底部接头内管分别与最下边的换热连接管的外层榫头、底部接头中层榫头、内层榫头分别密封对接。

顶部换热接头由顶部连接圆盘、顶部接头外螺纹管、顶部接头外榫头、顶部接头中榫头、顶部接头内榫头、透平工质流出管、透平工质流入管、内外热水连接管构成；均为金属材料。

顶部接头外螺纹管形状与高度与换热管下端外螺纹完全相同；顶部接头外榫头形状与高度与换热连接管外层榫头完全相同；顶部接头中榫头形状与高度与换热连接管中层榫头完全相同；顶部接头内榫头头形状与高度与换热连接管内层榫头完全相同。

顶部连接圆盘下端分别与顶部接头外螺纹管、顶部接头外榫头、顶部接头中榫头、顶部接头内榫头焊接。

顶部连接圆盘中间有顶部热水内接口；在外层榫头、与中层榫头之间有顶部热水外接口；在外层榫头与顶部接头外螺纹管之间有透平工质流出管，内外热水连接管连通顶部热水内接口和顶部热水外接口；顶部接头内榫头与中层榫头之间有透平工质流入管。

发电装置电能输出方式为：

(1)透平发电机电能直接输出，输出电源称为透平发电电源；

(2)各管壁型热伏发电基础模块电源并联输出，输出电源称为管壁热伏电源。

本实用新型的有益效果是：

(1)提出了满足施工需求的深地原位地热发电设计方案；

(2)原位地热发电过程中，地热水原地回灌；

(3)回灌水位远低于取热水位；

(4)采用两种发电方式，提高发电效率；

四、附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图。

图2为本实用新型的入水段结构中单根入水管示意图。

图3为本实用新型的换向器结构示意图。

图4为入水段连接端口结构示意图。

图5为回灌水连接顶盖。

图6是回灌水连通器。

图7是回灌水连通器俯视图。

图8是套管换热段连接接口。

图9套管换热段接口底板。

图10是套管换热段外管接口示意图。

图11是套管换热段外管接口剖面图。

图12是套管换热段内管接口示意图。

图13是套管换热段内管接口剖面图。

图14是套管换热段内管示意图。

图15是套管换热段外管示意图。

图16是套管换热段卡固件结构示意图。

图17是套管换热段卡固件、套管换热段外管连接器、套管换热段内管连接器的连接示意图。

图18是套管换热段内管连接器示意图。

图19是套管换热段内管连接器支撑体结构俯视图。

图20是套管换热段外管连接器。

图21是嵌入在套管换热段外管连接器内部的热伏模块支撑架示意图。

图22是套管换热段外管卡固槽结构俯视图。

图23是热水井用潜水泵结构示意图。

图24管壁型热伏发电基础模块。

图25是顶部换热模块中换热连接管剖面图。

图26换热连接管结构截面图。

图27是底部换热接头截面图。

图28是换热接头隔离板示意图。

图29是换热接头底板示意图。

图30是顶部换热接头剖面图。

图31是顶部换热接头仰视图。

图中，1入水段，2换向器，5套管换热段，6顶部热伏发电模块，7透平发块， 901大地，902地热水，110入水管，111入水管管体，112入水外螺纹，113入水管内螺纹，210入水段连接端口，211-1～211-4回灌水连通接口，220-1～220-4回灌水连通器，230套管换热段连接接口，231套管换热段外管接口，232套管换热段内管接口，233-1～233-4套管换热段回灌水入口，212入水段连接外壳，213入水管连接螺纹，214回灌水连接顶盖，221回灌水连通器底面，222回灌水连通器顶面， 223掏空扇环柱，224主体扇环柱，234套管换热段接口底板，235套管换热段外管接口焊接处，236套管换热段内管接口焊接处，237套管换热段外管接口内螺纹， 239套管换热段内管接口外螺纹，244套管换热段地热水入口，310套管换热段内管，311-1、311-2套管换热段内管内螺纹，320套管换热段外管，321-1、321-2套管换热段外管外螺纹，331套管换热段外管卡固片，332内外管定位片，333套管换热段内管卡固片，330-1、330-2、330-3、330-4套管换热段卡固件,340套管换热段内管连接器，350套管换热段外管连接器，341-1、341-2套管换热段内管连接器外螺纹，342套管换热段内管连接器支撑体，343-1～343-4套管换热段内管卡固槽，350水流段外管连接器，351-1、351-2套管换热段外管连接器内螺纹，352套管换热段外管连接器支撑体，353-1～353-4套管换热段外管卡固槽，361井用潜水泵，362轴流水泵密封圈，471管壁型热伏发电基础模块外壳，472管壁型热伏发电模块，473管壁型热伏发电基础模块内层，474-1、474-2管壁型热伏发电基础模块密封圈，475管壁型热伏发电基础模块内螺纹，476管壁型热伏发电基础模块外螺纹，461热伏模块支撑架主体，462-1、462-2、462-3、462-4热伏模块支撑架侧耳，511地热水内管，512-a、512-b工质流入管道，513-a、513-b地热水流出管道，514-a、514-b工质流出管道，515-a、515-b外层榫头，516-a、516-b中层榫头，517-a、517-b内层榫头，518-a、518-b换热管下端外螺纹，521-a、521-b 内层榫眼，522-a、522-b中层榫眼，523-a、523-b外层榫眼，524-a、524-b换热管上端内螺纹，512-1～512-16工质流入管道，513-1～513-24地热水流出管道， 514-1、514-2,……,514-32工质流出管道，531-a 531-b底部接头内螺纹，532-a、532-b底部接头外侧榫眼，533、533-a、533-b换热接头隔离板，534-a、534-b 底部接头中榫眼，535-a、535-b底部接头内侧榫眼，536-a、536-b底部接头外管， 537-a、537-b底部接头中管，538-a、538-b底部接头内管，539-a、539-b外管侧孔，540-a、540-b，540-1，540-2～540-16地热水连接管，541-a、541-b中管侧孔， 542-a、542-b底部接头外螺纹管，543-a、543-b换热接头外部连接管，544、544-a、 544-b换热接头底板，546-a、546-b底部接头下榫眼，551、551-a、551-b顶部接头外螺纹管，552、552-a、552-b顶部接头外榫头，553、553-a、553-b顶部接头中榫头，554、554-a、554-b顶部接头内榫头，555顶部热水内接口，556顶部热水外接口，557透平工质流入管，558透平工质流出管，559内外热水连接管，560 顶部连接圆盘。

五、具体实施方式

附图1给出了本实用新型的装置总体结构图。

装置由入水段1、换向器2、套管换热段5、顶部热伏发电模块6和透平发电模块7构成，入水段1、换向器2、套管换热段5均在地下，且按由深地到地表的顺序依次对接。顶部热伏发电模块部分安装在地下，部分安装在地面，透平发电模块安装在地面。

入水段1由多跟入水管110连接而成，每根入水管一端加工成入水外螺纹112，另一端加工成入水内螺纹113；两端的外螺纹和内螺纹大径、小径和螺距相等，相邻入水管通过两端外螺纹和内螺纹旋合连接，构成所需要长度；入水段1最低处为回灌入口，最高处为入水段顶端接口；入水段顶端接口为外螺纹112，回灌入口为内螺纹113，入水段顶端接口与换向器2的入水段连接接口的入水管连接螺纹213 通过旋合紧密连接。

参见附图3～13。

换向器2由入水段连接端口210、四个回灌水连通器220-1～220-4、套管换热段连接接口230三部分连接而成。换向器2将套管换热段5外管与内管之间的回灌水，通过回灌水连通器引到入水段连接接口210，通过与入水段顶端接口旋合连接，将回灌水引入入水段，并从入水段最底端的回灌入口将回灌水引入地下。

换向器2的入水段连接端口210由入水段连接外壳212和回灌水连接顶盖214 构成。

入水段连接外壳采用金属材料构成，本实施例采用不锈钢，为管状结构，上边焊接回灌水连接顶盖214，下边加工成入水管连接螺纹213；入水管连接螺纹为内螺纹，与入水管入水外螺纹112旋合。

回灌水连通器220-1～220-4用金属材料制作，本实施例采用不锈钢。外部是实体，称之主体扇环柱224，内部掏空为掏空扇环柱223，主体扇环柱顶面为回灌水连通器顶面222；主体扇环柱底面称为回灌水连通器底面221，如图6、7所示。

套管换热段连接接口230由套管换热段接口底板234、套管换热段外管接口 231、套管换热段内管接口232构成，套管换热段外管接口231、套管换热段内管接口232焊接在套管换热段接口底板234上，焊接处密封。

套管换热段接口底板234为圆盘状，圆盘半径与回灌水连接顶盖214半径相同，为Ra；上边均匀分布掏空的的四个套管换热段回灌水入口233-1、233-2、233-3、233-4；四个套管换热段回灌水入口形状、大小与回灌水连接顶盖的回灌水连通接口 211-1、211-2-211-3、211-4形状和大小相同，掏空的位置也与回灌水连接顶盖的回灌水连通接口相同。参见图8、9。

套管换热段接口底板234最外侧为套管换热段外管接口231焊接处235，用于焊接套管换热段外管接口；套管换热段接口底板中间掏空成圆形，掏空区域称为套管换热段地热水入口244，设套管换热段地热水入口半径为r2；套管换热段地热水入口244外侧为套管换热段内管接口232焊接处236。

套管换热段外管接口231如图10、11所示。外管接口为管状结构，采用金属材料，本实施例采用不锈钢。外半径与套管换热段接口底板半径相同，为Ra，设内半径为r6，则内半径r6大于回灌水连通器横截面外圆半径R1；下边与套管换热段接口底板焊接，上边加工成内螺纹称为套管换热段外管接口内螺纹，通过内螺纹与套管换热段外管旋合；设套管换热段外管接口高度为H1；套管换热段外管接口内螺纹高度为H2，内螺纹小径为2r4，r4大于套管换热段外管接口内半径r6。

套管换热段内管接口232套管换热段内管接口为管状结构，本实施例采用不锈钢。内半径与套管换热段接口底板上的套管换热段地热水入口半径相同，为r2，设外半径为r5；下边与套管换热段接口底板焊接，上边加工成外螺纹，称为套管换热段内管接口外螺纹239，通过外螺纹与套管换热段内管旋合；套管换热段内管接口高度与套管换热段外管接口高度相同，为H1；套管换热段内管接口外螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，外螺纹大径为2r3。

套管换热段管道分为套管换热段内管310和套管换热段外管320。如图12、13。

套管换热段内管310为管状结构，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作，本实施例采用玻璃纤维复合材料。套管换热段内管内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；套管换热段内管外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；套管换热段内管两端加工成内螺纹，称为套管换热段内管内螺纹311-1、311-2，与套管换热段内管接口外螺纹239匹配；最下边的套管换热段内管，通过套管换热段内管内螺纹与套管换热段内管接口外螺纹239旋合，组合成一个整体。

套管换热段外管320为管状结构，本实施例采用不锈钢材料制作。套管换热段外管内半径与套管换热段外管接口内半径相同，为r6；套管换热段外管外半径与套管换热段外管接口外半径相同，为Ra；套管换热段外管两端加工成外螺纹，称为套管换热段外管外螺纹321-1、321-2，与套管换热段外管接口内螺纹237匹配；最下边的套管换热段外管通过套管换热段外管外螺纹与套管换热段外管接口内螺纹237 旋合，组合成一个整体。如图14、15。

套管换热段连接器由套管换热段外管连接器350、套管换热段内管连接器340、套管换热段卡固件330-1、330-2、330-3、330-4构成。如附图16、17所示。

如附图18、19。套管换热段内管连接器340用于连接相邻的套管换热段内管，为管状，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作；套管换热段内管连接器340内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；套管换热段内管连接器外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；套管换热段内管连接器两端加工成外螺纹，称为套管换热段内管连接器外螺纹341-1、341-2，与套管换热段内管内螺纹匹配；套管换热段内管连接器外螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，套管换热段内管连接器外螺纹大径为2r3。

在两端的套管换热段内管连接器外螺纹之间为套管换热段内管连接器支撑体342；设内管连接器支撑体高度为h3，则h3大于套管换热段卡固件高度h1。

在套管换热段内管连接器支撑体342上，均匀分布四个套管换热段内管卡固槽343-1、343-2、343-3、343-4，用于嵌入套管换热段卡固件；套管换热段内管卡固槽根据套管换热段内管卡片的形状掏空。

参见附图20-23。

套管换热段外管连接器350用于连接相邻的套管换热段外管，为管状，采用金属材料制作；套管换热段外管连接器内半径与套管换热段外管接口内半径相同，为 r6；套管换热段外管连接器外半径与套管换热段外管接口外半径相同，为Ra；套管换热段外管连接器两端加工成内螺纹，称为套管换热段外管连接器内螺纹351-1、 351-2，与套管换热段外管外螺纹匹配；套管换热段外管连接器内螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，套管换热段外管连接器内螺纹小径为2r4。

热伏模块支撑架嵌入在套管换热段外管连接器内部，如图21所示。

所述热伏模块支撑架由热伏模块支撑架主体461和四个热伏模块支撑架侧耳462-1、462-2、462-3、462-4构成，均为金属材料制作。热伏模块支撑架侧耳外形与套管换热段卡固件330相同，并对称焊接在热伏模块支撑架主体外侧。热伏模块支撑架主体为管状结构，高度为h1；热伏支撑架用于限制管壁型热伏发电基础模块与套管换热段外管连接器之间的间距，与水流段外管连接器配合使用。

在两端的套管换热段外管连接器内螺纹之间为套管换热段外管连接器支撑体352；设外管连接器支撑体高度为h3,则h3大于套管换热段卡固件高度h1。

在套管换热段外管连接器支撑体上，均匀分布四个套管换热段外管卡固槽 353-1、353-2、353-3、353-4，用于嵌入套管换热段卡固件；套管换热段外管卡固槽根据套管换热段外管卡固片的形状掏空。

套管换热段卡固件330套管换热段卡固件330-1、330-2、330-3、330-4套管换热段卡固件由套管换热段外管卡固片331、内外管定位片332、套管换热段内管卡固片333构成，外管卡固片为截面为弧的柱状，柱状高度为h1；弧的半径大于套管换热段外管内半径内半径r6，略小于r4；内管卡固片截面为弧的柱状，柱状高度为 h1；弧的半径大于r3，略小于套管换热段内管外半径r5；内外管定位片两边分别焊接外管卡固片331和内管卡固片332，使得内外管定位片332、套管换热段外管卡固片331和套管换热段内管卡固片333成一个整体。

轴流水泵段由套管换热段内管和井用潜水泵构成，井用潜水泵装在套管换热段内管正中间，井用潜水泵吸入管与套管换热段内管之间轴流水泵密封圈密封，轴流水泵密封圈采用橡胶制作。

本实施例中井用潜水泵采用德能泵业(天津)有限公司，600QJR热水井用潜水泵，剖视图如图23。

轴流水泵段各部件的连接关系为：

(1)轴流水泵段下端与套管换热段连接接口的套管换热段内管旋合；最底端套管换热段外管下端与套管换热段连接接口的套管换热段外管旋合；

(2)轴流水泵段上端与套管换热段内管连接器旋合，最底端套管换热段外管上端与套管换热段外管连接器旋合，套管换热段内管连接器与套管换热段外管连接器之间嵌入四个套管换热段卡固件；

(3)最底端套管换热段内管下端与套管换热段内管连接器旋合；次底端套管换热段外管下端与套管换热段外管连接器旋合；

(4)套管换热段内管上端与套管换热段内管连接器旋合；套管换热段外管上端与套管换热段外管连接器旋合；套管换热段内管连接器与套管换热段外管连接器之间嵌入四个套管换热段卡固件；

(5)套管换热段内管下端与套管换热段内管连接器旋合；套管换热段外管下端与套管换热段外管连接器旋合；

(6)套管换热段内管上端与套管换热段内管连接器旋合；套管换热段外管上端与套管换热段外管连接器旋合；套管换热段内管连接器与套管换热段外管连接器之间嵌入四个套管换热段卡固件；

(7)连接所需要长度的套管换热段内管合套管换热段外管。

顶部热伏发电模块6由管壁型热伏发电模块和顶部换热模块构成。管壁型热伏发电基础模块由管壁型热伏发电基础模块外壳471、管壁型热伏发电模块472、管壁型热伏发电基础模块内473、管壁型热伏发电基础模块密封圈474-1、474-2 构成。

管壁型热伏发电基础模块结构如图24所示。

管壁型热伏发电基础模块外壳471为管状结构，采用导热性好的金属材料制，本实施例采用铝合金。管壁型热伏发电基础模块外壳内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；管壁型热伏发电基础模块外壳外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；管壁型热伏发电基础模块外壳下端加工成内螺纹，称为管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹475；管壁型热伏发电基础模块外壳上端加工成外螺纹，称为管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹476；管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹与管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹匹配，旋合后构成一个管状结构；管壁型热伏发电基础模块内螺纹与管壁型热伏发电基础模块外螺纹高度为H2，管壁型热伏发电基础模块外壳高度为Hn+h3+H2。

管壁型热伏发电模块472由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在管壁型热伏发电基础模块外壳471内侧，温差发电芯片的热端焊接在管壁型热伏发电基础模块内层473外侧。

温差发电芯片在水平方向和垂直方向对齐排列，水平方向成行，垂直方向成列；每行温差发电芯片个数相同，每列温差发电芯片个数相同；每行温差发电芯片之间连接关系为串联；各行温差发电芯片之间串联后，每行的输出电源线之间并联；构成管壁型热伏发电基础模块电源输出端。

在管壁型热伏发电模块上端和下端，有管壁型热伏发电基础模块密封圈474-1、474-2，嵌于管壁型热伏发电基础模块外壳和管壁型热伏发电基础模块内层中间，将管壁型热伏发电模块密封。

管壁型热伏发电基础模块内层473为管状结构，高度为Hn+h3；上端与管壁型热伏发电基础模块外壳平齐；外径为r2减去2倍管壁型热伏发电模块的厚度。

本实施例中温差发电芯片采用湖北赛格瑞新能源科技有限公司生产的温差发电芯片，型号：TEG1-19913。

管壁型热伏发电模块连接组装关系为：

管壁型热伏发电基础模块段组装在套管换热段上端。

(1)在最顶端的套管换热段内管上旋合一个套管换热段内管连接器，在最顶端的套管换热段外管上旋合一个套管换热段外管连接器，套管换热段内管连接器和套管换热段外管连接器之间嵌入四个套管换热段卡固件；

(2)在套管换热段内管连接器上端旋合管壁型热伏发电基础模块；

(3)在套管换热段外管连接器上端旋合套管换热段外管，并在套管换热段外管上，旋合套管换热段外管连接器；在套管换热段外管连接器内部，嵌入热伏模块支撑架；

(4)管壁型热伏发电基础模块上端旋合下一个管壁型热伏发电基础模块；

(5)在套管换热段外管连接器上端旋合套管换热段外管，并在套管换热段外管上，旋合套管换热段外管连接器；在套管换热段外管连接器内部，嵌入热伏模块支撑架；

(6)根据需要的管壁型热伏发电基础模块段高度确定管壁型热伏发电基础模块数量，根据管壁型热伏发电基础模块数量确定重复上述(4)-(5)的次数。

参见附图25-31。

顶部换热模块由管壁型热伏发电模块和顶部换热模块构成。管壁型热伏发电基础模块由管壁型热伏发电基础模块外壳471、管壁型热伏发电模块472、管壁型热伏发电基础模块内473、管壁型热伏发电基础模块密封圈474-1、474-2构成。

顶部换热模块中，换热连接管为壁厚较厚的管状结构，用金属材料制造，实施例采用铝合金。换热管中间空的部分为地热水内管511流过的通道；在管壁上，从内到外，在截面的同心圆上，分布有与换热连接管轴向平行的三层圆柱形空洞，分别为工质流入管道512-a，512-b、地热水流出管道513-a、513-b和工质流出管道 514-a、514-b。

在换热连接管下边：工质流入管道与地热水内管之间有截面为圆环状凸边，称为内层榫头517-a、517-b；工质流入管道与地热水流出管道之间有截面为圆环状凸边，称为中层榫头516-a、516-b；地热水流出管道与工质流出管道之间有截面为圆环状凸边，称为外层榫头515-a、515-b；工质流出管道外侧，加工成外螺纹，称为换热管下端外螺纹518-a、518-b。

在换热连接管上边：工质流入管道与地热水内管之间有截面为圆环状凹边，称为内层榫眼521-a、521-b；工质流入管道与地热水流出管道之间有截面为圆环状凹边，称为中层榫眼522-a、522-b；地热水流出管道与工质流出管道之间有截面为圆环状凹边，称为外层榫眼523-a、523-b；工质流出管道外侧，加工成内螺纹，称为换热管上端内螺纹524-a、524-b。

换热管下端外螺纹518-a、518-b与换热管上端内螺纹524-a、524-b旋合时，内层榫眼521-a、521-b、中层榫眼522-a、522-b、外层榫眼523-a、523-b加上密封圈。

上边的换热连接管内层榫头517-a、517-b、中层榫头516-a、516-b外层榫头 515-a、515-b与下边的换热连接管内层榫眼521-a、521-b、中层榫眼522-a、522-b、外层榫眼523-a、523-b一一对应，并在密封圈的作用下，将地热水内管、工质流入管道、地热水流出管道与工质流出管道之间隔离密封。

内层榫头、中层榫头、外层榫头凸出的高度比内层榫眼、中层榫眼、外层榫眼凹入的深度大，凸出的部分称为一个同质环形通道，使得同一个管道的工质流入管道通过同质环形通道连通、同一个管道的地热水流出管道通过同质环形通道连通；同一个管道的工质流出管道通过同质环形通道连通。

底部换热接头由换热接头外部连接管543-a、543-b、底部接头外管536-a、 536-b、底部接头中管537-a、537-b、底部接头内管538-a、538-b、底部接头外螺纹管542-a、542-b、换热接头底板544、544-a、544-b、换热接头隔离板533、533-a、 533-b、地热水连接管540-a、540-b、540-1～540-16组合而成；上述所有部件均由金属材料制造，本实施例采用铝合金。

换热接头外部连接管543-a、543-b、底部接头外管536-a、536-b、底部接头中管537-a、537-b、底部接头内管538-a、538-b、底部接头外螺纹管542-a、542-b均安装在换热接头底板544、544-a、544-b上；换热接头底板544、544-a、544-b为环状，在上边焊接换热接头外部连接管543-a、543-b、底部接头外管536-a、536-b、底部接头中管537-a、537-b；底部接头内管538-a、538-b穿过换热接头底板在侧面与换热接头底板焊接；下边焊接底部接头外螺纹管542-a、542-b。

换热接头外部连接管543-a、543-b为管状结构，下端与换热接头底板焊接544、544-a、544-b；上边加工有内螺纹，称为底部接头内螺纹531-a、531-b；底部接头内螺纹与换热连接管的换热管下端外螺纹518-a、518-b匹配并旋合。

底部接头外管536-a、536-b为管状结构，下端与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头外侧榫眼532-a、532-b，底部接头外侧榫眼的大小与深度与换热连接管的外层榫眼完全相同，并在底部加工有若干个外管侧孔。

底部接头中管为管状结构，下端与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头中榫眼534-a、534-b，底部接头中榫眼534-a、534-b的大小与深度与换热连接管的中层榫眼522-a、522-b完全相同，并在底部加工有若干个中管侧孔。

底部接头内管穿过换热接头底板，在侧面与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头内侧榫眼535-a、535-b，底部接头内侧榫眼535-a、535-b的大小与深度与换热连接管的内层榫眼521-a、521-b完全相同；下部加工成底部接头下榫眼；底部接头下榫眼与管壁型热伏发电基础模块上端管壁吻合。

底部接头外螺纹管542-a、542-b为管状结构，加工有外螺纹；外螺纹规格与套管换热段外管连接器内螺纹351-1、351-2匹配。

换热接头隔离板533、533-a、533-b与换热接头底板544-a、544-b对应位置有多个孔，与地热水连接管540-a、540-b，540-1，540-2～540-16对应。

地热水连接管上部与换热接头隔离板焊接，下部与换热接头底板焊接。

换热接头隔离板533、533-a、533-b为环状结构，底部接头外管536-a、536-b上边内侧与换热接头隔离板外侧焊接；底部接头中管537-a、537-b上边的外侧与换热接头隔离板内侧焊接。

底部接头外螺纹管542-a、542-b与最上边的套管换热段外管连接器350旋合，旋合时，底部接头下榫眼546-a、546-b装入密封圈，与最上边管壁型热伏发电基础模块上端管壁密封。

最下边的换热连接管通过换热管下端外螺纹518-a、518-b与底部接头内螺纹531-a、531-b旋合；旋合时，底部接头外侧榫眼532-a、532-b、底部接头中榫眼534-a、 534-b、底部接头内侧榫眼535-a、535-b加入密封圈，使得底部接头外管536-a、 536-b、底部接头中管537-a 537-b、底部接头内管538-a 538-b分别与最下边的换热连接管的外层榫头515-a、515-b、底部接头中层榫头516-a、516-b、内层榫头517-a、 517-b分别密封对接。

顶部换热接头由顶部连接圆盘560、顶部接头外螺纹管551、551-a、551-b、顶部接头外榫头552、552-a、552-b、顶部接头中榫头553、553-a、553-b、顶部接头内榫头554、554-a、554-b、透平工质流入管557、透平工质流出管558、内外热水连接管559构成；均为金属材料。

顶部接头外螺纹管551、551-a、551-b形状与高度与换热管下端外螺纹518-a、518-b完全相同；顶部接头外榫头552、552-a、552-b形状与高度与换热连接管外层榫头515-a、515-b完全相同；顶部接头中榫头553、553-a、553-b形状与高度与换热连接管中层榫头516-a、516-b完全相同；顶部接头内榫头554、554-a、554-b 形状与高度与换热连接管内层榫头517-a、517-b完全相同。

顶部连接圆盘下端分别与顶部接头外螺纹管551、551-a、551-b、顶部接头外榫头552、552-a、552-b、顶部接头中榫头553、553-a、553-b、顶部接头内榫头554、 554-a、554-b焊接。

顶部连接圆盘中间有顶部热水内接口555；在外层榫头515-a、515-b、与中层榫头516-a、516-b之间有顶部热水外接口556；在外层榫头与顶部接头外螺纹管551 551-a、551-b之间有透平工质流出管558，内外热水连接管559连接；连接顶部接头内榫头554、554-a、554-b与中层榫头516-a、516-b之间有透平工质流入管557。

顶部热伏发电模块的连接关系为：

(1)底部换热接头通过底部接头外螺纹管542-a、542-b与最上边的套管换热段外管连接器350旋合，旋合时，底部接头下榫眼546-a、546-b装入密封圈，与最上边管壁型热伏发电基础模块上端管壁密封；

(2)换热连接管通过换热管下端外螺纹518-a、518-b与底部换热接头的底部接头内螺纹531-a、531-b旋合；

(3)换热连接管通过换热管下端外螺纹518-a、518-b与换热管上端内螺纹 524-a、524-b旋合，根据连接长度需求选择旋合换热连接管数量；

(4)在最上边的换热连接管上端，旋合一个顶部换热接头。

本实施例采用的透平发电模块为ORC(有机朗肯)发电机。使用广州番禺速能冷暖设备有限公司生产的ORC磁悬浮发电机，型号：VWTWNC。

透平发电模块ORC发电机的工质泵输出的工质输入透平工质流入管；透平工质流出管输出加热后的工质，并连接到ORC发电机的膨胀机工质输入接口。

本实用新型的电能输出方式为：

(1)透平发电机电能直接输出，输出电源称为透平发电电源。

(2)各管壁型热伏发电基础模块电源并联输出，输出电源称为管壁热伏电源。

本实施例中，没有特别说明的“导热系数低、弹性模量高的材料”均采用玻璃纤维复合材料；没有特别说明的金属材料均为铝合金或者不锈钢。

Claims (6)

1.一种深井换热套管地热原位热伏发电装置，其特征在于：装置由入水段(1)、换向器(2)、套管换热段(5)、顶部热伏发电模块(6)和透平发电模块(7)构成，入水段(1)、换向器(2)、套管换热段(5)均在地下，且按由深地到地表的顺序依次对接；顶部热伏发电模块部分安装在地下，部分安装在地面，透平发电模块安装在地面；

入水段(1)由多根入水管(110)连接而成，每根入水管一端加工成入水外螺纹(112)，另一端加工成入水内螺纹(113)；两端的外螺纹和内螺纹大径、小径和螺距相等，相邻入水管通过两端外螺纹和内螺纹旋合连接，构成所需要长度；入水段(1)最低处为回灌入口，最高处为入水段顶端接口；入水段顶端接口为外螺纹(112)，回灌入口为内螺纹(113)，入水段顶端接口与换向器(2)的入水段连接接口的入水管连接螺纹(213)通过旋合紧密连接；

换向器(2)由入水段连接端口(210)、四个回灌水连通器(220-1～220-4)、套管换热段连接接口(230)三部分连接而成；换向器(2)将套管换热段(5)外管与内管之间的回灌水，通过回灌水连通器引到入水段连接端口(210)，通过与入水段顶端入水外螺纹(112)旋合连接，将回灌水引入入水段，并从入水段最底端的回灌入口将回灌水引入地下；

套管换热段(5)由轴流水泵段、套管换热段连接器和套管换热段管道构成，套管换热段连接器连接相邻的套管换热段管道，根据需要连接成任意长度；

套管换热段管道由套管换热段内管和套管换热段外管构成；套管换热段内管和套管换热段外管长度相等，设其长度为Hn；

套管换热段连接器由套管换热段外管连接器、套管换热段内管连接器、套管换热段卡固件构成；套管换热段卡固件固定套管换热段外管连接器和套管换热段内管连接器之间轴心；套管换热段内管连接器相邻的套管换热段内管，套管换热段外管连接器连接相邻的套管换热段外管；

轴流水泵段由套管换热段内管和井用潜水泵构成，井用潜水泵装在套管换热段内管正中间，井用潜水泵吸入管与套管换热段内管之间轴流水泵用密封圈密封；

顶部热伏发电模块(6)由管壁型热伏发电段和顶部换热模块构成；

管壁型热伏发电段由管壁型热伏发电基础模块构成；

管壁型热伏发电基础模块由管壁型热伏发电基础模块外壳(471)、管壁型热伏发电模块(472)、管壁型热伏发电基础模块内层(473)、热伏模块支撑架管壁型热伏发电基础模块密封圈(474-1、474-2)构成：

顶部换热模块含换热连接管、底部换热接头和顶部换热接头；

透平发电模块(7)采用ORC发电机，发电机的工质泵输出的工质输入透平工质流入管；透平工质流出管输出加热后的工质，并连接到ORC发电机的膨胀机工质输入接口。

2.如权利要求1所述的深井换热套管地热原位热伏发电装置，其特征在于：所述换向器的入水段连接端口(210)由入水段连接外壳(212)和回灌水连接顶盖(214)构成；入水段连接外壳采用金属材料构成，为管状结构，上边焊接回灌水连接顶盖(214)，下边加工成入水管连接螺纹(213)；入水管连接螺纹为内螺纹，与入水管入水外螺纹(112)旋合；

回灌水连通器(220-1～220-4)用金属材料制作，外部是实体，称之主体扇环柱(224)，内部掏空为掏空扇环柱(223)，主体扇环柱顶面为回灌水连通器顶面(222)；主体扇环柱底面称为回灌水连通器底面(221)；

套管换热段连接接口(230)由套管换热段接口底板(234)、套管换热段外管接口(231)、套管换热段内管接口(232)构成，套管换热段外管接口(231)、套管换热段内管接口(232)焊接在套管换热段接口底板(234)上，焊接处密封；

套管换热段接口底板(234)为圆盘状，圆盘半径与回灌水连接顶盖(214)半径相同，为Ra；上边均匀分布掏空的四个套管换热段回灌水入口(233-1、233-2、233-3、233-4)；四个套管换热段回灌水入口形状、大小与回灌水连接顶盖的回灌水连通接口(211-1、211-2-211-3、211-4)形状和大小相同，掏空的位置也与回灌水连接顶盖的回灌水连通接口相同；

套管换热段接口底板(234)最外侧为套管换热段外管接口焊接处(235)，用于焊接套管换热段外管接口；套管换热段接口底板中间掏空成圆形，掏空区域称为套管换热段地热水入口(244)，设套管换热段地热水入口半径为r2；套管换热段地热水入口(244)外侧为套管换热段内管接口焊接处(236)；

套管换热段外管接口(231)为管状结构，采用金属材料，外半径与套管换热段接口底板半径相同，为Ra，设内半径为r6，则内半径r6大于回灌水连通器横截面外圆半径R1；下边与套管换热段接口底板焊接，上边加工成内螺纹称为套管换热段外管接口内螺纹(237)，通过内螺纹与套管换热段外管旋合；设套管换热段外管接口高度为H1；套管换热段外管接口内螺纹高度为H2，内螺纹小径为2r4，r4大于套管换热段外管接口内半径r6；

套管换热段内管接口(232)套管换热段内管接口为管状结构，采用金属材料，内半径与套管换热段接口底板上的套管换热段地热水入口半径相同，为r2，设外半径为r5；下边与套管换热段接口底板焊接，上边加工成外螺纹，称为套管换热段内管接口外螺纹(239)，通过外螺纹与套管换热段内管旋合；套管换热段内管接口高度与套管换热段外管接口高度相同，为H1；套管换热段内管接口外螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，外螺纹大径为2r3。

3.如权利要求1所述的深井换热套管地热原位热伏发电装置，其特征在于：套管换热段管道分为套管换热段内管(310)和套管换热段外管(320)；

所述套管换热段内管(310)为管状结构，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作，套管换热段内管内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；套管换热段内管外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；套管换热段内管两端加工成内螺纹，称为套管换热段内管内螺纹(311-1、311-2)，与套管换热段内管接口外螺纹(239)匹配；最下边的套管换热段内管，通过套管换热段内管内螺纹与套管换热段内管接口外螺纹(239)旋合，组合成一个整体；

套管换热段外管(320)为管状结构，采用金属材料制作，套管换热段外管内半径与套管换热段外管接口内半径相同，为r6；套管换热段外管外半径与套管换热段外管接口外半径相同，为Ra；套管换热段外管两端加工成外螺纹，称为套管换热段外管外螺纹(321-1、321-2)，与套管换热段外管接口内螺纹(237)匹配；最下边的套管换热段外管通过套管换热段外管外螺纹与套管换热段外管接口内螺纹(237)旋合，组合成一个整体；

套管换热段连接器由套管换热段外管连接器(350)、套管换热段内管连接器(340)、套管换热段卡固件(330-1、330-2、330-3、330-4)构成；

套管换热段内管连接器(340)用于连接相邻的套管换热段内管，为管状，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作；套管换热段内管连接器(340)内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；套管换热段内管连接器外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；套管换热段内管连接器两端加工成外螺纹，称为套管换热段内管连接器外螺纹(341-1、341-2)，与套管换热段内管内螺纹(311-1、311-2)匹配；套管换热段内管连接器外螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，套管换热段内管连接器外螺纹大径为2r3；

在两端的套管换热段内管连接器外螺纹之间为套管换热段内管连接器支撑体(342)；设内管连接器支撑体高度为h3，则h3大于套管换热段卡固件高度h1；

在套管换热段内管连接器支撑体(342)上，均匀分布四个套管换热段内管卡固槽(343-1、343-2、343-3、343-4)，用于嵌入套管换热段卡固件；套管换热段内管卡固槽根据套管换热段内管卡片的形状掏空；

套管换热段外管连接器(350)用于连接相邻的套管换热段外管，为管状，采用金属材料制作；套管换热段外管连接器内半径与套管换热段外管接口内半径相同，为r6；套管换热段外管连接器外半径与套管换热段外管接口外半径相同，为Ra；套管换热段外管连接器两端加工成内螺纹，称为套管换热段外管连接器内螺纹(351-1、351-2)，与套管换热段外管外螺纹(321-1、321-2)匹配；套管换热段外管连接器内螺纹高度与套管换热段外管接口内螺纹高度相同，为H2，套管换热段外管连接器内螺纹小径为2r4；

在两端的套管换热段外管连接器内螺纹之间为套管换热段外管连接器支撑体(352)；设外管连接器支撑体高度为h3,则h3大于套管换热段卡固件高度h1；

在套管换热段外管连接器支撑体上，均匀分布四个套管换热段外管卡固槽(353-1、353-2、353-3、353-4)，用于嵌入套管换热段卡固件；套管换热段外管卡固槽根据套管换热段外管卡固片的形状掏空；

套管换热段卡固件(330-1、330-2、330-3、330-4)由套管换热段外管卡固片(331)、内外管定位片(332)、套管换热段内管卡固片(333)构成，外管卡固片为截面为弧的柱状，柱状高度为h1；弧的半径大于套管换热段外管内半径内半径r6，略小于r4；内管卡固片截面为弧的柱状，柱状高度为h1；弧的半径大于r3，略小于套管换热段内管外半径r5；内外管定位片两边分别焊接套管换热段外管卡固片(331)和内外管卡固片(332)，使得内外管定位片(332)、套管换热段外管卡固片(331)和套管换热段内管卡固片(333)成一个整体。

4.如权利要求1所述的深井换热套管地热原位热伏发电装置，其特征在于：所述顶部热伏发电模块(6)中，管壁型热伏发电基础模块外壳(471)为管状结构，采用导热性好的金属材料制作；管壁型热伏发电基础模块外壳内半径与套管换热段内管接口内半径相同，为r2；管壁型热伏发电基础模块外壳外半径与套管换热段内管接口外半径相同，为r5；管壁型热伏发电基础模块外壳下端加工成内螺纹，称为管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹(475)；管壁型热伏发电基础模块外壳上端加工成外螺纹，称为管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹(476)，与套管换热段内管接口外螺纹(239)规格相同；管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹与管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹匹配，旋合后构成一个管状结构；管壁型热伏发电基础模块内螺纹与管壁型热伏发电基础模块外螺纹高度为H2，管壁型热伏发电基础模块外壳高度为Hn+h3+H2；

管壁型热伏发电模块(472)由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在管壁型热伏发电基础模块外壳(471)内侧，温差发电芯片的热端焊接在管壁型热伏发电基础模块内层(473)外侧；

温差发电芯片在水平方向和垂直方向对齐排列，水平方向成行，垂直方向成列；每行温差发电芯片个数相同，每列温差发电芯片个数相同；每行温差发电芯片之间连接关系为串联；各行温差发电芯片之间串联后，每行的输出电源线之间并联；构成管壁型热伏发电基础模块电源输出端；

所述热伏模块支撑架由热伏模块支撑架主体(461)和四个热伏模块支撑架侧耳(462-1、462-2、462-3、462-4)构成，均为金属材料制作；热伏模块支撑架侧耳外形与套管换热段卡固件(330-1、330-2、330-3、330-4)相同，并对称焊接在热伏模块支撑架主体外侧；热伏模块支撑架主体为管状结构，高度为h1；热伏支撑架用于限制管壁型热伏发电基础模块与套管换热段外管连接器之间的间距，与水流段外管连接器配合使用；

在管壁型热伏发电模块上端和下端，有管壁型热伏发电基础模块密封圈(474-1、474-2)，嵌于管壁型热伏发电基础模块外壳和管壁型热伏发电基础模块内层中间，将管壁型热伏发电模块密封；

管壁型热伏发电基础模块内层(473)为管状结构，高度为Hn+h3；上端与管壁型热伏发电基础模块外壳平齐；外径为r2减去2倍管壁型热伏发电模块的厚度；

所述顶部换热模块中，换热连接管为壁厚较厚的管状结构，用金属材料制造；换热管连接中间空的部分为地热水内管(511)流过的通道；在管壁上，从内到外，在截面的同心圆上，分布有与换热连接管轴向平行的三层圆柱形空洞，分别为工质流入管道(512-a、512-b)、地热水流出管道(513-a、513-b)和工质流出管道(514-a、514-b)；

在换热连接管下边：工质流入管道与地热水内管之间有截面为圆环状凸边，称为内层榫头(517-a、517-b)；工质流入管道与地热水流出管道之间有截面为圆环状凸边，称为中层榫头(516-a、516-b)；地热水流出管道与工质流出管道之间有截面为圆环状凸边，称为外层榫头(515-a、515-b)；工质流出管道外侧，加工成外螺纹，称为换热管下端外螺纹(518-a、518-b)；

在换热连接管上边：工质流入管道与地热水内管之间有截面为圆环状凹边，称为内层榫眼(521-a、521-b)；工质流入管道与地热水流出管道之间有截面为圆环状凹边，称为中层榫眼(522-a、522-b)；地热水流出管道与工质流出管道之间有截面为圆环状凹边，称为外层榫眼(523-a、523-b)；工质流出管道外侧，加工成内螺纹，称为换热管上端内螺纹(524-a、524-b)；

相邻换热连接管通过旋合连接；换热管下端外螺纹(518-a、518-b)与下一个相邻换热连接管的换热管上端内螺纹(524-a、524-b)旋合时，内层榫眼(521-a、521-b)、中层榫眼(522-a、522-b)、外层榫眼(523-a、523-b)加上密封圈；

相邻换热连接管通过旋合连接时，上边的换热连接管内层榫头(517-a、517-b)、中层榫头(516-a、516-b)、外层榫头(515-a、515-b)与下边的换热连接管内层榫眼(521-a、521-b)、中层榫眼(522-a、522-b)、外层榫眼(523-a、523-b)一一对应，并在密封圈的作用下，将地热水内管、工质流入管道、地热水流出管道与工质流出管道之间隔离密封；

内层榫头、中层榫头、外层榫头凸出的高度比内层榫眼、中层榫眼、外层榫眼凹入的深度大，凸出的部分称为一个同质环形通道，使得同一个管道的工质流入管道通过同质环形通道连通、同一个管道的地热水流出管道通过同质环形通道连通；同一个管道的工质流出管道通过同质环形通道连通。

5.如权利要求1所述的深井换热套管地热原位热伏发电装置，其特征在于：

所述顶部换热模块中，底部换热接头由换热接头外部连接管(543-a 543-b)、底部接头外管(536-a 536-b)、底部接头中管(537-a、537-b)、底部接头内管(538-a 538-b)、底部接头外螺纹管(542-a 542-b)、换热接头底板(544、544-a、544-b)、换热接头隔离板(533、533-a、533-b)、地热水连接管(540-a、540-b、540-1～540-16)组合而成，所有部件均由金属材料制造；

换热接头外部连接管(543-a、543-b)、底部接头外管(536-a、536-b)、底部接头中管(537-a、537-b)、底部接头内管(538-a、538-b)、底部接头外螺纹管((542-a、542-b)均安装在换热接头底板(544、544-a、544-b)上；换热接头底板(544、544-a、544-b)为环状，在上边焊接换热接头外部连接管(543-a、543-b)、底部接头外管(536-a、536-b)、底部接头中管(537-a、537-b)；底部接头内管(538-a、538-b)穿过换热接头底板在侧面与换热接头底板焊接；下边焊接底部接头外螺纹管(542-a、542-b)；

换热接头外部连接管(543-a、543-b)为管状结构，下端与换热接头底板焊接(544、544-a、544-b)；上边加工有内螺纹，称为底部接头内螺纹(531-a、531-b)；底部接头内螺纹与换热连接管的换热管下端外螺纹(518-a、518-b)匹配并旋合；

底部接头外管(536-a、536-b)为管状结构，下端与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头外侧榫眼(532-a、532-b)，底部接头外侧榫眼的大小与深度与换热连接管的外层榫眼(523-a、523-b)完全相同，并在底部加工有若干个外管侧孔；

底部接头中管为管状结构，下端与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头中榫眼(534-a、534-b)，底部接头中榫眼(534-a、534-b)的大小与深度与换热连接管的中层榫眼(522-a、522-b)完全相同，并在底部加工有若干个中管侧孔；

底部接头内管穿过换热接头底板，在侧面与换热接头底板焊接；上部加工有底部接头内侧榫眼(535-a、535-b)，底部接头内侧榫眼(535-a、535-b)的大小与深度与换热连接管的内层榫眼(521-a、521-b)完全相同；下部加工成底部接头下榫眼；底部接头下榫眼与管壁型热伏发电基础模块上端管壁吻合；

底部接头外螺纹管(542-a、542-b)为管状结构，加工有外螺纹；外螺纹规格与套管换热段外管连接器内螺纹(351-1、351-2)匹配；

换热接头隔离板(533、533-a、533-b)与换热接头底板(544-a、544-b)对应位置有多个孔，与地热水连接管(540-a、540-b、540-1、540-2～540-16)对应；

地热水连接管上部与换热接头隔离板焊接，下部与换热接头底板焊接；

换热接头隔离板(533、533-a、533-b)为环状结构，底部接头外管(536-a、536-b)上边内侧与换热接头隔离板外侧焊接；底部接头中管(537-a、537-b)上边的外侧与换热接头隔离板内侧焊接；

底部接头外螺纹管(542-a、542-b)与最上边的套管换热段外管连接器(350)旋合，旋合时，底部接头下榫眼(546-a、546-b)装入密封圈，与最上边管壁型热伏发电基础模块上端管壁密封；

最下边的换热连接管通过换热管下端外螺纹(518-a、518-b)与底部接头内螺纹(531-a、531-b)旋合；旋合时，底部接头外侧榫眼(532-a、532-b)、底部接头中榫眼(534-a、534-b)、底部接头内侧榫眼(535-a、535-b)加入密封圈，使得底部接头外管(536-a、536-b)、底部接头中管(537-a、537-b)、底部接头内管(538-a、538-b)分别与最下边的换热连接管的外层榫头(515-a、515-b)、底部接头中层榫头(516-a、516-b)、内层榫头(517-a、517-b)分别密封对接；

顶部换热接头由顶部连接圆盘(560)、顶部接头外螺纹管(551、551-a、551-b)、顶部接头外榫头(552、552-a、552-b)、顶部接头中榫头(553、553-a、553-b)、顶部接头内榫头(554、554-a、554-b)、透平工质流出管(558)、透平工质流入管(557)、内外热水连接管(559)构成；均为金属材料；

顶部接头外螺纹管(551、551-a、551-b)形状与高度与换热管下端外螺纹(518-a、518-b)完全相同；顶部接头外榫头(552、552-a、552-b)形状与高度与换热连接管外层榫头(515-a、515-b)完全相同；顶部接头中榫头(553、553-a、553-b)形状与高度与换热连接管中层榫头(516-a、516-b)完全相同；顶部接头内榫头(554、554-a、554-b)形状与高度与换热连接管内层榫头(517-a、517-b)完全相同；

顶部连接圆盘下端分别与顶部接头外螺纹管(551、551-a、551-b)、顶部接头外榫头(552、552-a、552-b)、顶部接头中榫头(553、553-a、553-b)、顶部接头内榫头(554、554-a、554-b)焊接；

顶部连接圆盘中间有顶部热水内接口(555)；在外层榫头(552-a、552-b)、与中层榫头(553-a、553-b)之间有顶部热水外接口(556)；在外层榫头与顶部接头外螺纹管(551、551-a、551-b)之间有透平工质流出管(558)，内外热水连接管(559)连通顶部热水内接口(555)和顶部热水外接口(556)；顶部接头内榫头(554、554-a、554-b)与中层榫头(553-a、553-b)之间有透平工质流入管(557)。

6.如权利要求1所述的深井换热套管地热原位热伏发电装置，其特征在于：发电装置电能输出方式为：

(1)透平发电机电能直接输出，输出电源称为透平发电电源；

(2)各管壁型热伏发电基础模块电源并联输出，输出电源称为管壁热伏电源。

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