CN222824580U - 一种多能源耦合岩土储能循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，涉及地热装置技术领域，包括热泵主机、办公用水端、生活用水端、太阳能集热系统和岩土储能循环利用系统，所述岩土储能循环利用系统和热泵主机之间连接有地热供水管和地热回水管，所述热泵主机的另一端与办公用水端之间连接有供热供水管和供热回水管。本实用新型一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，具有实现冬季供暖，夏季制冷功能，针对冷热失衡问题，冬季辅以太阳能集热系统补充热负荷，太阳能集热系统同时解决生活热水需求。

Description

一种多能源耦合岩土储能循环利用系统

技术领域

本实用新型涉及地热装置技术领域，更具体的是涉及一种多能源耦合岩土储能循环利用系统。

背景技术

岩土储能循环利用系统是指那些利用地球内部的自然环境，如土壤、岩石、含水层或空腔，作为热能或机械能存储介质的系统。这类系统可以在能源需求和供应之间提供一个缓冲，有助于平衡电网负荷，提高能源效率，并减少碳排放。

岩土储能循环利用系统在使用的过程中还存在以下的问题：

1、冬季时，系统从土壤中取出的热量大于夏季排入土壤的热量，多个供暖供冷季累积运行将导致冷堆积现象，破坏地下土壤的热量平衡，降低系统效率，长期运行下，这种不平衡会导致土壤温度的异常降低(冷堆积)，破坏了地下土壤的自然热平衡状态，从而会对冬季地热能的使用造成影响。

2、由于地埋管单井换热量小，钻井数量多，建设所需空间场地大，在无足够钻井场地情况下，无法提供有效的热量支撑，尤其是在冷堆积的地埋管道上，从而影响冬季进行供热时的质量，造成用户端的使用体验下降，并且地热管道在使用时，内管和外管会出现不同轴的情况，影响换热介质的流动，降低换热的效率。

3、换热介质在流动的过程当中会出现边界层的情况，由于换热井底部的温度要高于顶部，底部的换热情况会直接的影响换热效率，而边界层会造成换热效率的下降。

因此，提出一种多能源耦合岩土储能循环利用系统来解决上述问题很有必要。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供了一种多能源耦合岩土储能循环利用系统；其具有冬季提升供热量的作用，并能在夏季时将储存至地下岩层中，以供冬季进行使用的作用，同时，能够对内管116起到支撑作用，使其和外管117位于同一轴线上，提升了换热的效率。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，包括热泵主机、办公用水端、生活用水端、太阳能集热系统和岩土储能循环利用系统，所述岩土储能循环利用系统和热泵主机之间连接有地热供水管和地热回水管，所述热泵主机的另一端与办公用水端之间连接有供热供水管和供热回水管；

所述供热供水管和太阳能集热系统之间连接有太阳能供水管，所述供热回水管和太阳能集热系统之间连接有太阳能回水管，所述太阳能供水管、太阳能回水管和生活用水端连接有生活用水管道；

所述岩土储能循环利用系统由多根的地热井管道组成，所述地热井管道包括内管和套设于内管外的外管，所述外管的底壁上连接有支撑架，所述支撑架由多个圆周均布的导流板组成，所述导流板螺旋设置，所述内管的外壁底部连接有固定套管，所述固定套管安装于支撑架的中心位置。

优选地，所述地热供水管上安装有地热循环泵，所述供热供水管上安装有末端循环泵。

优选地，所述太阳能供水管上安装有混合开关阀，所述混合开关阀包括供水阀和回水阀。

优选地，所述固定套管的外壁上设置有旋转凸纹，所述旋转凸纹的朝向与导流板相反。

优选地，所述导流板靠近内管的一侧设置有导向部和固定部，所述固定部位于导向部的底部，所述固定部上连接有支撑固定套管的固定环，所述固定套管位于固定环的顶部。

优选地，所述导流板的边缘处开设有等间距的乱流孔洞

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本装置冬季时，由岩土储能循环利用系统的埋管换热器与土壤进行热交换，冬季把土壤中的热量取出来，以供用热端进行使用，同时耦合太阳能集热系统作为冬季供暖补充热源，进一步提升为用热端提供供暖所需的热量，提升了用热端的使用体验，并且，太阳能集热系统兼顾生活热水制备功能，通过储水箱进行供暖或者生活热水模式之间的切换，适应不同的使用模式。

2、本装置夏季时，将产生的热量由地质储能循环利用系统的埋管换热器与土壤进行热交换，将热量排放到周围土壤中，减缓土壤出现冷堆积的情况，以保证冬季从土壤中取热量与夏季从土壤中排热量保持相对平衡，以保证下一供暖供冷季冷热源的稳定，保证供热效率满足使用需求，并且具有夏季制冷作用，此时太阳能集热系统能够作为生活热水进行使用，以供用水端进行使用。

3、本装置在外管内设置了支撑架组件，通过多个导流板的设置对内管起到支撑作用，同时，能够在内管进行安装的过程中起到定位的作用，使得内管和外管处于同一轴线上，避免出现内管倾斜的情况。

4、通过导流板和旋转凸纹朝向相反的设置，能够有效的破坏换热介质的边界层，以提升换热介质和高温岩土的换热效率，同时边缘上的乱流孔洞，能够进一步的打破层流状态，使得换热介质出现乱流状态，延缓换热介质的流速，提升换热介质和高温岩土的换热效率。

附图说明

图1为本实用新型结构的示意图；

图2为本实用新型中内管和外管结构的示意图；

图3为本实用新型中支撑架和固定套管结构的示意图；

图4为本实用新型中导流板结构的示意图。

附图标记：

101、热泵主机；102、办公用水端；103、生活用水端；104、太阳能集热系统；105、岩土储能循环利用系统；106、地热供水管；107、地热回水管；108、供热供水管；109、供热回水管；110、太阳能供水管；111、太阳能回水管；112、生活用水管道；113、地热循环泵；114、末端循环泵；115、混合开关阀；116、内管；117、外管；118、导流板；119、固定套管；120、旋转凸纹；121、导向部；122、固定部；123、固定环；124、乱流孔洞。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

请参阅图1-4，一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，包括热泵主机101、办公用水端102、生活用水端103、太阳能集热系统104和岩土储能循环利用系统105，冬季时，办公用水端102和生活用水端103需要太阳能集热系统104和岩土储能循环利用系统105进行热量的供给，夏季时，太阳能集热系统104能够为生活用水端103供给热量，此时办公用水端102将夏季产生的热量通过岩土储能循环利用系统105储藏至周围的土壤中，避免出现冷堆积的情况，以供冬季时进行取用，岩土储能循环利用系统105和热泵主机101之间连接有地热供水管106和地热回水管107，热泵主机101的另一端与办公用水端102之间连接有供热供水管108和供热回水管109，岩土储能循环利用系统105通过热泵主机101与供热供水管108和供热回水管109进行换热，从而将热量供给办公用水端102和生活用水端103；

在地热能源有限或者冷堆积严重的区域，岩土储能循环利用系统105不能够提供稳定的热量时，以下提供一种能够增强冬季供热的结构：参考图1，供热供水管108和太阳能集热系统104之间连接有太阳能供水管110，供热回水管109和太阳能集热系统104之间连接有太阳能回水管111，太阳能供水管110和太阳能回水管111与太阳能集热系统104中的水箱相连接，太阳能集热系统104包括水箱、水泵和太阳能设备，太阳能供水管110、太阳能回水管111和生活用水端103连接有生活用水管道112，通过太阳能集热系统104和岩土储能循环利用系统105的配合作用，能够增加冬季时的供热能力，提升办公用水端102和生活用水端103的用热体验；

内管116在外管117内进行安装的过程中，会出现不同轴的情况，从而影响岩土储能循环利用系统105的换热效率，以下提供一种便于对内管116进行定位和支撑的结构：参考图2和图3，岩土储能循环利用系统105由多根的地热井管道组成，地热井管道包括内管116和套设于内管116外的外管117，外管117的底壁上连接有支撑架，支撑架由多个圆周均布的导流板118组成，当内管116向下移动的过程中会压在支撑架顶部，多个导流板118对内管116的底部起到支撑的作用，同时，导流板118倾斜设置，能够破坏换热介质流动时的层流状态，使得换热介质与高温岩土的换热更加的全面，导流板118螺旋设置，内管116的外壁底部连接有固定套管119，固定套管119安装于支撑架的中心位置，内管116向下移动时，会从导向部121滑动到固定部122内，从而与外管117保持同轴。

具体地，参考图1，地热供水管106上安装有地热循环泵113，供热供水管108上安装有末端循环泵114，通过地热循环泵113和末端循环泵114推动水体的流动。

具体地，参考图1，太阳能供水管110上安装有混合开关阀115，混合开关阀115包括供水阀和回水阀，用于控制太阳能供水管110和太阳能回水管111的通断状态，在冬季时，混合开关阀115处于打开状态，使得太阳能集热系统104和岩土储能循环利用系统105能够为办公用水端102提供稳定的热量供给；

夏季时，混合开关阀115关闭，使得太阳能集热系统104只能够为生活用水端103供给热量，此时办公用水端102将热量通过热泵主机101供给岩土储能循环利用系统105，从而将热量储存至地下岩土中。

具体地，参考图2和图3，固定套管119的外壁上设置有旋转凸纹120，旋转凸纹120的朝向与导流板118相反，通过相反的设置，使得内层和外层的换热接触向着相反的方向进行移动，从而有效的打破边界层，提高换热的效率。

具体地，参考图4，导流板118靠近内管116的一侧设置有导向部121和固定部122，当内管116在外管117内详细移动的过程中，会先与导向部121产生接触，随着继续的向下的移动，从而滑动固定部122内，通过固定部122对内管116起到固定的作用，固定部122位于导向部121的底部，固定部122上连接有支撑固定套管119的固定环123，固定环123对内管116起到支撑作用，同时固定于多个导流板118上，用于对导流板118进行固定，固定套管119位于固定环123的顶部。

具体地，参考图4，导流板118的边缘处开设有等间距的乱流孔洞124，当换热介质沿着导流板118进行流动的过程中，会受到乱流孔洞124的影响，从而移动到导流板118的另一侧，对另一侧的换热介质起到扰乱的作用，进一步的提升换热效率。

本实施例中，岩土储能循环利用系统105将换热后的热量通过地热供水管106和地热回水管107输送至热泵主机101，热泵主机101通过供热供水管108和供热回水管109将热量输送至办公用水端102，太阳能集热系统104通过太阳能供水管110、太阳能回水管111和生活用水管道112将太阳能转换的热量输送至生活用水端103，在冬季时，混合开关阀115打开，使得太阳能集热系统104的热量也能够供给办公用水端102，提升冬季时对办公用水端102的供热量；

夏季时，混合开关阀115关闭，办公用水端102将热量通过热泵主机101换热给岩土储能循环利用系统105，将热量输送至地下岩层中。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，其特征在于：包括热泵主机(101)、办公用水端(102)、生活用水端(103)、太阳能集热系统(104)和岩土储能循环利用系统(105)，所述岩土储能循环利用系统(105)和热泵主机(101)之间连接有地热供水管(106)和地热回水管(107)，所述热泵主机(101)的另一端与办公用水端(102)之间连接有供热供水管(108)和供热回水管(109)；

所述供热供水管(108)和太阳能集热系统(104)之间连接有太阳能供水管(110)，所述供热回水管(109)和太阳能集热系统(104)之间连接有太阳能回水管(111)，所述太阳能供水管(110)、太阳能回水管(111)和生活用水端(103)连接有生活用水管道(112)；

所述岩土储能循环利用系统(105)由多根的地热井管道组成，所述地热井管道包括内管(116)和套设于内管(116)外的外管(117)，所述外管(117)的底壁上连接有支撑架，所述支撑架由多个圆周均布的导流板(118)组成，所述导流板(118)螺旋设置，所述内管(116)的外壁底部连接有固定套管(119)，所述固定套管(119)安装于支撑架的中心位置。

2.根据权利要求1所述的一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，其特征在于：所述地热供水管(106)上安装有地热循环泵(113)，所述供热供水管(108)上安装有末端循环泵(114)。

3.根据权利要求1所述的一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，其特征在于：所述太阳能供水管(110)上安装有混合开关阀(115)，所述混合开关阀(115)包括供水阀和回水阀。

4.根据权利要求1所述的一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，其特征在于：所述固定套管(119)的外壁上设置有旋转凸纹(120)，所述旋转凸纹(120)的朝向与导流板(118)相反。

5.根据权利要求4所述的一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，其特征在于：所述导流板(118)靠近内管(116)的一侧设置有导向部(121)和固定部(122)，所述固定部(122)位于导向部(121)的底部，所述固定部(122)上连接有支撑固定套管(119)的固定环(123)，所述固定套管(119)位于固定环(123)的顶部。

6.根据权利要求5所述的一种多能源耦合岩土储能循环利用系统，其特征在于：所述导流板(118)的边缘处开设有等间距的乱流孔洞(124)。