CN218096657U - 一种地热供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地热利用技术，公开了一种地热供热系统，包括：地热井；循环主管道；循环主管道至少连接有第一换热旁路和第二换热旁路；其中，第一换热旁路和循环主管道的连接位置比第二换热旁路和循环主管道的连接位置距离地热井的输出端更近；第一换热旁路和第二换热旁路分别用于导热介质的热量，并分别将对应的供热介质加热至不同的温度，以输出多种不同温度的供热介质；其中，第一换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度高于第二换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度。本申请中多路换热旁路提升了对地热的利用率；且将距离地热井输出端更近的换热旁路用于将供热介质加热至更高温度，提升地热对供热介质加热方式的合理性。

Description

一种地热供热系统

技术领域

本实用新型涉及地热利用技术领域，特别是涉及一种地热供热系统。

背景技术

随着工业化进程的加速，全球变暖、海平面上升等环境问题日益突出。“实现碳中和”这一应对气候变化新目标应运而生。要实现这一目标，一方面需要应用新的节能技术提高社会节能水平，另一方面需要大力发展可再生能源。地热能是一种环境友好型可再生能源，与太阳能源、风能相比，地热能几乎不受季节影响，是可靠、稳定的可再生能源，尤其适用于对安全要求较高的供热领域。

目前对地热的利用方式一般是建造地热井，并设置和地热井相连通的循环管道，循环管道内壳循环流动的导热介质，导热介质通过地热井吸收地热能量，再通过循环管道流动至散热端，并将热量传到输出至用户负载；输出热量之后的导热介质的温度降低并重新通过循环管道流回地热井，并重新吸收地热能量，如此循环往复，即可实现地热的反复循环利用。但目前地热利用方式的利用率有待提高，且对地热的利用方式的合理性也有待改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种地热供热系统，能够在一定程度上提升地热利用率并提升地热利用的合理性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种地热供热系统，包括：地热井；一端和所述地热井的输出端相连通，另一端和所述地热井的输出端相连通，并和所述地热井形成导热介质的循环流动回路的循环主管道；所述循环主管道至少连接有第一换热旁路和第二换热旁路；

所述第一换热旁路在所述循环主管道上的连接位置与所述地热井的输出端之间的距离，小于所述第二换热旁路在所述循环主管道上的连接位置与所述地热井的输出端之间的距离；

所述第一换热旁路和所述第二换热旁路分别用于吸收所述导热介质的热量，并分别将对应的供热介质加热至不同的温度，以输出多种不同温度的供热介质；且所述第一换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度高于所述第二换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度。

可选地，包括所述第一换热旁路和所述第二换热旁路在内的每一路所述换热旁路中均至少包括，和所述循环主管道相连接的第一换热器，中间循环管道，在所述中间循环管道内循环流动的中间导热介质，以及热泵设备；

所述中间循环管道一端和所述第一换热器相连接，另一端和所述热泵设备相连接；

所述第一换热器用于将所述导热介质的热量传导至所述中间导热介质，使得所述中间导热介质的温度升高；

所述热泵设备用于吸收所述中间导热介质的热量，并利用吸收的热量对供热介质进行加热至设定温度。

可选地，所述热泵设备包括：

用于吸收所述中间导热介质的热量的热泵蒸发器，和用于利用所述热泵蒸发器吸收的热量对所述供热介质加热的热泵冷凝器。

可选地，所述第一换热器和所述循环主管道相连接的输入端上设置有第一控制阀，且所述第一控制阀的开度大小可调。

可选地，设置所述循环主管道上，位于所述循环主管道和所述第一换热器的输出端和输入端相连接的位置之间的第二控制阀，且所述第二控制阀的开度可调。

可选地，包括所述第一换热旁路和所述第二换热旁路在内的各路所述换热旁路中至少一路换热旁路中还包括和所述循环主管道相连接的第二换热器；

其中，所述第二换热器和所述循环主管道的连接位置比所述第一换热器和所述循环主管道的连接位置距离所述地热井的输出端更近；所述第二换热器用于吸收所述导热介质的热量，并利用吸收的热量将对应的供热介质加热至所述设定温度。

可选地，所述第二换热器和所述循环主管道相连接的输入端上设置有第三控制阀，且所述第三控制阀的开度大小可调。

可选地，包括设置所述循环主管道上，位于所述循环主管道和所述第二换热器的输出端以及输入端相连接的位置之间的第四控制阀，且所述第四控制阀的开度可调。

本实用新型所提供的一种地热供热系统，包括：地热井；一端和地热井的输出端相连通，另一端和地热井的输出端相连通，并和地热井形成导热介质的循环流动回路的循环主管道；循环主管道至少连接有第一换热旁路和第二换热旁路；其中，第一换热旁路在循环主管道上的连接位置与地热井的输出端之间的距离，小于第二换热旁路在循环主管道上的连接位置与地热井的输出端之间的距离；第一换热旁路和第二换热旁路分别用于导热介质的热量，并分别将对应的供热介质加热至不同的温度，以输出多种不同温度的供热介质；且第一换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度高于第二换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度。

本申请中地热供热系统中在循环主管道上多个不同位置点连接有多路换热旁路，使得各路换热旁路可以依次对循环主管道中的导热介质的热量进行逐级吸收，从而在一定程度上提升对地热的利用率；在此基础上，利用更靠近地热井输出端的换热旁路更有利于将供热介质加热至更高的温度这一特性，将距离地热井输出端更近的换热旁路用于将供热介质加热至更高温度，而距离地热井输入端更近的换热旁路则对供热介质加热的温度更低，从而分别用于供应用户对不同温度供热介质的应用需求，在一定程度上提升利用地热对供热介质加热方式的合理性。

由此本申请中能够在对地热进行多级吸收从而提升地热利用率的基础上，提升对地热利用的合理性，有利于提升地热利用的经济效益。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的地热供热系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的地热供热系统的结构示意图，该地热供热系统可以包括：

地热井1；一端和地热井1的输出端相连通，另一端和地热井1的输出端相连通，并和地热井1形成导热介质的循环流动回路的循环主管道11；循环主管道11至少连接有第一换热旁路2和第二换热旁路3；

其中，第一换热旁路2在循环主管道11上的连接位置与地热井1的输出端之间的距离，小于第二换热旁路3在循环主管道11上的连接位置与地热井1的输出端之间的距离；

第一换热旁路2和第二换热旁路3分别用于吸收导热介质的热量，并分别将对应的供热介质加热至不同的温度，以输出多种不同温度的供热介质；且第一换热旁路2将对应的供热介质进行加热的温度高于第二换热旁路3将对应的供热介质进行加热的温度。

参照图1，地热井1和循环主管道11相连通形成导热介质的循环流动回路，使得导热介质由地热井1的输出端输出并经过循环主管道11，和各路换热旁路依次进行热交换，从而实现热量的输出经过热交换的导热介质在输出热量后温度降低并重新通过地热井1的输入端流回至地热井1，在地热井1内重新吸收热量温度升高后，重新再从地热井的输出端输出，如此循环往复，即可实现地热的输出。在图1中箭头所指的方向也即是各个管道内的介质在对应管道内流动的方向，且图1中所标示的温度即为本实施例中示出的介质在流入以及流出对应的换热设备中时的温度示例。

可以理解的是，对于从地热井1的输出端输出的导热介质而言，其温度相对更高，当其流经距离地热井1的输出端更近的第一换热旁路2时，温度较高的导热介质即可和第一换热旁路2进行热交换而第一换热旁路2通过吸收导热介质的热量之后，可以进一步的将该热能用于对供热介质进行加热；该供热介质具体可以是用于为油田、化工、火电及农业等企业或生产中提供用热。

需要说明的是，本申请中所指的距离地热井1的输出端更近或更远，均是以从地热井1的输出端至换热旁路和循环主管道11相连接的位置之间，导热介质需要流动的路径的长度为标准的，或者是说，循环主管道11上，从地热井1的输出端至换热旁路和循环主管道11相连接的位置之间的循环主管道11的管道长度，作为衡量各个换热旁路和循环主管道11相连接的位置与地热井1的输出端之间的距离远近，该段管道越长，则距离越远；对此，后续类似内容不再重复赘述。

基于热传导的基本原理可知，热能一般是由高温物体像低温物体传导的；而直接从地热井1的输出端的导热介质的温度相对较高，显然此时和导热介质进行热交换的第一换热旁路2，在吸收了较高温度的导热介质的热能之后，也即可以将对应的供热介质加热的温度相对更高。

而导热介质在和第一换热旁路2进行热交换之后，可以继续沿循环主管道流动，但显然经过第一换热旁路2之后的导热介质因为被吸收了大量的热能，相对于经过第一换热旁路2之前的导热介质其温度显然会相对降低；此时该导热介质流经循环主管道11和第二换热旁路3相连接的位置时，该导热介质可以和第二换热旁路3再次产生热交换，但因为此时的导热介质的温度有所降低，通过第二换热旁路3进行热交换之后，在不增加其他耗能的基础上，显然对第二换热旁路3对应的供热介质进行加热的加热温度相对于第一换热旁路所对应的供热介质的加热温度，也就有所降低；为此，本实施例中针对第一换热旁路2和第二换热旁路3分别对应的供热介质加热至不同的温度之后，分别用于供应用户不同的用热需求，从而使得每一路换热旁路分别从导热介质所吸收的地热能量均能够被更合理的利用。

可以理解的是，在实际应用中，对于循环主管道11上所连接的换热旁路并不仅限于第一换热旁路2和第二换热旁路3，还可以存在更多路换热旁路依次和循环主管道11上不同位置的不同温度的导热介质进行热交换，例如可以包括三路、四路甚至更多路换热旁路，沿着导热介质在循环主管道11内流动的方向上各路换热旁路可以依次和温度更低的导热介质进行热交换，距离地热井1的输出端越远的换热旁路，所进行热交换的导热介质的温度越低，进而使得导热介质即便在温度相对较低时，也能够对其热量进行吸收，从而使得导热介质中的热量能够被更彻底的利用，从而在一定程度上提升地热的利用率。

但可以理解的是，当循环主管道11上沿导热介质流动的方向上依次连接有多路换热旁路时，对于用户而言其供热介质的供热需求可能并没有过多的温度区段的划分，此时可以对某几个相邻的换热旁路所加热的供热介质进行合并，例如相邻的两路或三路换热旁路用于对同一供热介质进行加热，或者是说用于将对应的供热介质加热至同一温度区间范围内，满足用户同一用热需求。

但显然，对于距离地热井1的输出端距离更远的换热旁路而言，显然，因为其进行热交换的导热介质温度相对较低，仅仅依据换热器等方式进行热交换，可能无法将供热介质加热至需求温度，此时可以考虑在换热旁路中增加设置热泵，以提升供热介质温度。

下面将以具体实施例对各路换热旁路的具体结构进行介绍。

可选地，第一换热旁路2和第二换热旁路3在内的每一路换热旁路中均至少包括，和循环主管道11相连接的第一换热器21，中间循环管道23，在中间循环管道23内循环流动的中间导热介质，以及热泵设备；

中间循环管道23一端和第一换热器21相连接，另一端和热泵设备相连接；

第一换热器21用于将导热介质的热量传导至中间导热介质，使得中间导热介质的温度升高；

热泵设备用于吸收中间导热介质的热量，并利用吸收的热量对供热介质进行加热至设定温度。

在每一路换热旁路中，中间导热介质通过第一换热器21吸收循环主管道11内的导热介质的热量而温度升高，再通过中间循环管道23流动至热泵设备，热泵设备对中间导热介质的热量进行吸收后，用于加热供热介质，被吸收热量的中间导热介质则重新流向第一换热器21。此外，为了驱动中间导热介质在中间循环管道23内的循环流动，还可以进一步地在中间循环管道上设置水泵。

基于换热器的工作原理可知，第一换热器21进行热交换的方式是直接利用热传导将高温物体的热量传导至低温物体；循环主管道11中温度更高的导热介质通过第一换热器21和温度更低的中间传热介质之间产生热交换，进而对中间导热介质进行加热使得其温度升高。可以理解的是中间导热介质经过第一换热器21加热的温度高低和其所在的换热旁路与循环主管道11的连接位置相关，若是在其所在的换热旁路和地热井1的输出端之间还存在多路换热旁路，也即是说当换热旁路不是导热介质从地热井1输出端流出所经过的第一路换热旁路2时，导热介质的温度一般不会特别高，此时被加热的中间导热介质吸收导热介质的热量后的温度也就相对偏低，甚至比需要加热的供热介质的温度更低；此时可以进一步地利用热泵设备对中间供热介质中的热量进行吸收，并将吸收的热量输出至供热介质，以便对供热介质进行加热至需要的温度。

基于热泵设备的工作方式可知，其可以吸收低温物体的热能用于对高温物体的加热。由此，本实施例中为例保证每一路换热旁路能够将对应的供热介质加热至所需的设定温度，可以将第一换热器21和热泵设备相结合，从而实现利用导热介质的热量将供热介质加热至所需的设定温度。

可选地，对于热泵设备具体可以包括用于吸收中间导热介质的热量的热泵蒸发器25，和用于利用热泵蒸发器25吸收的热量对供热介质加热的热泵冷凝器26。

由热泵蒸发器25和热泵冷凝器26所组成的热泵设备属于热泵的一种，在实际应用中，还可以采用其他类型的热泵，例如，半导体热泵，只要能够满足在实际应用中，吸收温度相对不高的中间导热介质的热量并对供热介质加热至设定温度即可。

如前所述，当换热旁路进行热交换的导热介质的温度相对不高时，该换热旁路中的换热器可能无法直接将供热介质加热至设定温度，而需要借助热泵设备；但对于距离地热井距离较近的换热旁路，显然其进行热交换的导热介质温度更高，而用户所需的供热介质的温度并不比导热介质的温度高，显然，此时直接利用换热器也能够实现对供热介质加热至需要的设定温度。

为此在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：

第一换热旁路2和第二换热旁路3在内的各路换热旁路中至少一路换热旁路中还包括和循环主管道11相连接的第二换热器22；

其中，第二换热器22和循环主管道11的连接位置比第一换热器21和循环主管道11的连接位置距离地热井1的输出端更近；第二换热器22用于吸收导热介质的热量，并利用吸收的热量将对应的供热介质加热至设定温度。

在图1所示的实施例中，对用户需求的用热温度划分成了两个温度区间，一个是在(65℃，75℃)这一较高温度的高温区间，另一个是在(43℃，50℃)这一较低温度的低温区间。其中第一换热旁路2用于将供热介质加热至高温区间内的温度，而第二换热旁路3则用于将供热介质加热至低温区间内的温度。

而在第一换热旁路2中对供热介质进行加热的换热线路又可以分为两路，一路仅仅包括一个第二换热器22，另一路则是包括第一换热器21和热泵设备。因为第二换热器22进行热交换的导热介质是直接从地热井中输出的，在此之前未经过任何的其他换热旁路，此时的导热介质温度较高，且高于高温区间内的温度，由此可以利用第二换热器直接将导热介质的热量传导至供热介质，从而将供热介质加热至高温区间内的温度。但对于第一换热器所进行热交换的导热介质器温度相对于高温区间更低，由此，此时可以利用第一换热器和热泵设备结合使用进而对供热介质加热至高温区间的范围内。

而在经过第一换热旁路2的导热介质在经过第二换热旁路3之前，已经经过第二换热器22和第一换热器21的换热，使得经过第二换热旁路3的导热介质温度较低，且相对于低温区间的温度更低，此时和第一换热旁路2中的第一换热器21以及热泵设备类似，第二换热旁路3中也同样采用一组换热器和热泵设备实现对供热介质加热至低温区间范围的温度。

可以理解的是，对于每一路换热旁路，可以包括多组换热器和热泵设备依次沿循环主管道11连接，并共同将供热介质加热至同一温度区间范围内的温度。

而对于第二换热旁路3而言，其同样也可以类似的设置多组换热器和热泵设备同样将供热介质加热至同一温度区间范围内；并且，若是从第一换热旁路2流动至第二换热旁路3的供热介质温度高于第二换热旁路3对应的供热介质所需加热的设定温度，此时第二换热旁路3中，也同样可以设置一组仅仅包括换热器的换热支路，其工作方式和上述第一换热旁路2中的第二换热器22类似，对此不再重复赘述。

另外，在实际应用中，用户对供热介质的加热温度、不同温度区间的供热介质需求量等均可能会发生变动，由此地热供热系统对供热介质的加热方式也应当相应的变化。

由此，在本申请的可选实施例中，第一换热器21和循环主管道11相连接的输入端上设置有第一控制阀41，且第一控制阀41的开度大小可调。

通过该第一控制阀41，可以控制和第一换热器21进行热交换的导热介质的流量，甚至将第一换热器21和热泵设备组成的一路换热线路直接阻断关闭，使得其不和导热介质进行热交换。

进一步地，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括设置循环主管道11上，位于循环主管道11和第一换热器21的输出端和输入端相连接的位置之间的第二控制阀42，且第二控制阀42的开度可调。

参照图1可知，当第一控制阀41关断而第二控制阀42打开，显然此时导热介质流经第一换热器21和循环主管道11相连接的位置点时，即会直接沿循环主管道11流动，而不经过第一换热器21的换热管道内；当第一控制阀41打开而第二控制阀42关闭时，导热介质则直接流向第一换热器21的换热管道流过之后再次流回道循环主管道11。在实际应用中，可以根据用户对供热介质的用热需求，合理控制第一控制阀和第二控制阀42的开度，进而调节直接从循环主管道11流过和第一换热器21的换热管道内流过的导热介质的流量和压力大小。

类似的，在本申请的另一可选地实施例中，第二换热器22和循环主管道相连接的输入端上设置有第三控制阀43，且第三控制阀43的开度大小可调。

进一步地，还可以进一步地包括设置循环主管道11上，位于循环主管道11和第二换热器22的输出端以及输入端相连接的位置之间的第四控制阀44，且第四控制阀44的开度可调。

对于第三控制阀43和第四控制阀44的控制方式和上述第一控制阀41和第二控制阀42的工作原理类似，对此，本申请不再赘述。

当然，可以理解的是上述实施例仅仅是以第一换热旁路2上设置的控制阀为例进行说明，在实际应用中，在第二换热旁路3以及其他换热旁路上，都可以按照和上述第一换热旁路2对应的四个控制阀类似的方式设置控制阀，对此本申请中不一一说明。

并且，对于各路换热旁路而言，可以根据实际需要对控制阀进行合理的开闭或设置合理的开度大小选择性的使用其中一路或几路换热旁路，以满足用户不同的用热需求。

综上所述，地热供热系统中在循环主管道上多个不同位置点连接有多路换热旁路，使得各路换热旁路可以依次对循环主管道中的导热介质的热量进行逐级吸收，从而在一定程度上提升对地热的利用率；且将距离地热井输出端更近的换热旁路用于将供热介质加热至更高温度，而距离地热井输入端更近的换热旁路则对供热介质加热的温度更低，从而分别用于供应用户对不同温度供热介质的应用需求，在一定程度上提升利用地热对供热介质加热方式的合理性，进而有利于提升地热利用的经济效益。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种地热供热系统，其特征在于，包括：地热井；一端和所述地热井的输出端相连通，另一端和所述地热井的输出端相连通，并和所述地热井形成导热介质的循环流动回路的循环主管道；所述循环主管道至少连接有第一换热旁路和第二换热旁路；

其中，所述第一换热旁路在所述循环主管道上的连接位置与所述地热井的输出端之间的距离，小于所述第二换热旁路在所述循环主管道上的连接位置与所述地热井的输出端之间的距离；

所述第一换热旁路和所述第二换热旁路分别用于吸收所述导热介质的热量，并分别将对应的供热介质加热至不同的温度，以输出多种不同温度的供热介质；且所述第一换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度高于所述第二换热旁路将对应的供热介质进行加热的温度。

2.如权利要求1所述的地热供热系统，其特征在于，包括所述第一换热旁路和所述第二换热旁路在内的每一路所述换热旁路中均至少包括，和所述循环主管道相连接的第一换热器，中间循环管道，在所述中间循环管道内循环流动的中间导热介质，以及热泵设备；

所述中间循环管道一端和所述第一换热器相连接，另一端和所述热泵设备相连接；

所述第一换热器用于将所述导热介质的热量传导至所述中间导热介质，使得所述中间导热介质的温度升高；

所述热泵设备用于吸收所述中间导热介质的热量，并利用吸收的热量对供热介质进行加热至设定温度。

3.如权利要求2所述的地热供热系统，其特征在于，所述热泵设备包括：

用于吸收所述中间导热介质的热量的热泵蒸发器，和用于利用所述热泵蒸发器吸收的热量对所述供热介质加热的热泵冷凝器。

4.如权利要求2所述的地热供热系统，其特征在于，所述第一换热器和所述循环主管道相连接的输入端上设置有第一控制阀，且所述第一控制阀的开度大小可调。

5.如权利要求4所述的地热供热系统，其特征在于，设置所述循环主管道上，位于所述循环主管道和所述第一换热器的输出端和输入端相连接的位置之间的第二控制阀，且所述第二控制阀的开度可调。

6.如权利要求2至5任一项所述的地热供热系统，其特征在于，包括所述第一换热旁路和所述第二换热旁路在内的各路所述换热旁路中至少一路换热旁路中还包括和所述循环主管道相连接的第二换热器；

其中，所述第二换热器和所述循环主管道的连接位置比所述第一换热器和所述循环主管道的连接位置距离所述地热井的输出端更近；所述第二换热器用于吸收所述导热介质的热量，并利用吸收的热量将对应的供热介质加热至所述设定温度。

7.如权利要求6所述的地热供热系统，其特征在于，所述第二换热器和所述循环主管道相连接的输入端上设置有第三控制阀，且所述第三控制阀的开度大小可调。

8.如权利要求7所述的地热供热系统，其特征在于，包括设置所述循环主管道上，位于所述循环主管道和所述第二换热器的输出端以及输入端相连接的位置之间的第四控制阀，且所述第四控制阀的开度可调。

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